ფოლადზე მტკიცე და წყალზე ნაკლებად მკვრივი

Microstructured materials as strong as steel yet less dense than water

21 აპრილი

გერმანელმა მკვლევარებმა შეიმუშავეს მსუბუქი, მაღალი სიმტკიცის მქონე მასალა, რომლის სტრუქტურაც, ერთდროულად ძვლების, ხის ბოჭკოსა და ფიჭის აგებულებას ჰგავს. მის შესაქმნელად გამოყენებულია სამგანზომილებიანი ლაზერული პოლიმერული ბეჭდვის სისტემა, რომელთანაც კერამიკული დაფარვაა კომბინირებული. მიღებულ მასალას წყალზე ნაკლები სიმკვრივე აქვს, მაგრამ დაახლოებით ისეთივე სიმტკიცით გამოირჩევა, როგორითაც ფოლადის და ალუმინის შენადნობები.

მართალია, კარლსრუეს ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მეცნიერთა ჯგუფის მიერ შემუშავებული მასალა, ბუნებაში არსებულ არქიტექტურას იმეორებს, მაგრამ თავის ანალოგებთან შედარებით, სიმტკიცისა და სიმკვრივის გაცილებით უკეთესი ფარდობა აქვს. ახალი პოლიმერის ძირითადი სტრუქტურა, 3D ლაზერული ლითოგრაფიის, პოლიმერული ბეჭდვისა და გამყარების პროცესის გამოყენებით შეიქმნა.

კვლევის პროცესში, სხვადასხვა სტრუქტურის მქონე ახალი მასალა გამოსცადეს, მათ შორის, სამკუთხა, ექვსკუთხა და ფიჭური. შემდეგ, ეს სტრუქტურები, გაზისებრი დაფარვის მეთოდით, კერამიკული მასალებით და ალუმინის შენადნობით დაფარეს. საცდლი მასალის სიგრძე, სიგანე და სიმაღლე 50 მიკრომეტრი იყო. განსხვავდებოდა დაფარვის ფენის სისქე, რომელიც 10-200 ნანომეტრის ფარგლებში მერყეობდა.

ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ სტრუქტურის სტაბილურობის სიმკვრივესთან ყველაზე მეტი ფარდობა, ფიჭური აგებულების პოლიმერულ მასალას ჰქონდა, რომელიც 50 ნანომეტრი სისქის ალუმინის შენადნობით იყო დაფარული. ასეთმა არქიტექტურამ ექვსკუთხა და სამკუთხა აგებულების მასალებისას აჯობა. ამასთან, ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ალუმინის შენადნობით დაფარვის სისქის გაზრდის შემთხვევაში, მასალის სიმტკიცე არ იზრდებოდა. ასეთი, ოპტიმიზებული ფიჭური სტრუქტურის მქონე მასალის მთლიანობა დაირღვა, როცა ზეწოლამ 28 კგ/მმ2 შეადგინა. მისი სიმკვრივეა 810 კგ/მ3-ზე. მკვლევართა გუნდის განცხადებით, ამ მასალის სტაბილურობის ფარდობა სიმკვრივესთან, უფრო მეტია, ვიდრე ძვლების, მტკიცე ფოლადის და ალუმინის შენადნობისა.

„ახალი მსუბუქი მასალის კონსტრუქცია, ხის სახლის მზიდ აგებულებას მოგაგონებთ, რომელსაც ჰორიზონტალური, ვერტიკალური და დიაგონალური საბჯენები აქვს. ოღონდ, ჩვენს შემთხვევაში, ძელების სიგრძე მხოლოდ 10 მიკრომეტრია“, - ამბობს კვლევის თანაავტორი იენს ბაუერი. გერმანელი მკვლევარები ამბობენ, რომ მიკროსტრუქტურული მასალები ძრითადად საიზოლაციოდ, ან რხევების ჩამქრობად გამოიყენება. ასევე შესაძლებელი იქნება მათი ქიმიურ მრეწველობაში, ფილტრების მასალად გამოყენება.