ახალი მასალა აეროგელივით მსუბუქი და მასზე 10 000-ჯერ მტკიცეა

New materials developed that are as light as aerogel, yet 10,000 times stronger

7 აგვისტო

წარმოიდგინეთ, რომ ადამიანმა გამოიგონა მასალა, რომლისგან დამზადებული თვითმფრინავები და ავტომობილებიც, ჰაერზე მსუბუქია. რა თქმა უნდა, ძნელი წარმოსადგენია, თუმცა მალე ასეთი რამ შეიძლება რეალობად იქცეს. ყოველ შემთხვევაში, ამ მიმართულებით პირველი ნაბიჯი უკვე გადადგეს მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის (MIT) და ლოურენს ლივერმორის ეროვნული ლაბორატორიის (LLNL) მკვლევარებმა, რომლებმაც ულტრა მსუბუქი მასალები შეიმუშავეს, რომლებიც სწორედ აეროგელივით მსუბუქი და იმავდროულად, მასზე 10 000-ჯერ მტკიცეა. კვლევის ავტორთა თქმით, ასეთი მასალა ოდესმე რევოლუციას მოახდენს აეროკოსმოსურ და ავტო ინდუსტრიებში.

აეროგელი განსაკუთრებით მსუბუქი მასალაა. მის სახეობა აეროგრაფენის სიმკვრივე 0.16 მგ/სმ3-შია. აეროგელებს უკვე ფართოდ იყენებენ. მაგალითად, მისგან მზადდება იზოლაციები, ჩოგბურთის ჩოგნები, ასევე ნავთობის დაღვრის საკონტროლო საშუალება. მალე მასვე გამოიყენბენ NASA-ს მისია „სტარდასტში“, რომელშიც მისგან კომეტიდან სინჯების ასაღებ მოწყობილობას დაამზადებენ. მაგრამ სამწუხაროდ, ეფემერულ თვისებათა მიუხედავად, მაღალი წნევის ქვეშ მყიფე ხდება და ამიტომ, მისი გამოყენება შეზღუდულია.

ორი ავტორიტეტული კვლევითი ცენტრის მიერ შემუშავებული მასალების კლასი არ მიეკუთვნება აეროგელის ტიპს. ეს ეს მეტამატერიაა. ეს არის ხელოვნურად მიღებული მასალები, რომელთა თვისებებიც ბუნებაში არ გვხვდება. მათს შემქმნელებს სურდათ მიეღოთ მასალა, რომელიც აეროგელივით მსუბუქია და იმავდროულად, გაცილებით მტკიცეცაა. ამასთან, სიმტკიცეს გეომეტრიული სტრუქტურა განაპირობებს და არა ქიმიური შემადგენლობა.

ახალი მასალები, პროექციული მიკრო-სტერეოლითოგრაფიის მეთოდითაა შემუშავებული. ეს არის ერთგვარი სამაგიდო 3D ბეჭდვის ფორმაა, რომელიც მიკროსკოპულ დონეზე მუშაობს. მისი მეშვეობით შესაძლებელია ძალიან რთული, სამგანზომილებიანი მიკრო სტრუქტურის ფენობრივად შემუშავება. პროცესი ძალიან სწრაფად მიმდინარეობს, რაც საცდელი პროტოტიპების სწრაფად დამზადების საშუალებას იძლევა.

ბეჭდვის პროცესში, გამოყენებულია ულტრაიისფერი სხივების ჭავლი, რომლითაც პოლიმერების, მგრძნობიარე ჰიდროგელების და მეხსიერების მქონე პოლიმერების ავზს ასხივებენ. პროცესში ასევე იყენებენ სტერეოლითოგრაფიის ტექნიკას, რომელსაც მიკროჩიპების წარმოებაშია დანერგილი. პროექციული მიკრო-სტერეოლითოგრაფია ძალიან მცირე ზომის მასალების წარმოებისას გამოიყენება.

მასაჩუსეტსელმა და ლივერმორელმა მკვლევარებმა პირველად პოლიმერული შაბლონი შეიმუშავეს, რომელიც 200-500 ნანომეტრის სისქის მეტალის აპკით დაფარეს. შემდეგ პოლომერული ბაზისი გაადნეს და თხელი მეტალის მილები დატოვეს. შემდეგ იმავე მეთოდით, კერამიკული მილები დაამზადეს, რომელთა კედლის სისქეც მხოლოდ 50 ნანომეტრი იყო. საბოლოოდ შეიქმნა ძალიან მტკიცე აეროგელის მსგავსი მასალა, რომელსაც აეროგელის დონის სიმკვრივე ჰქონდა.

შემდეგ ეტაპზე, კერამიკულ-პოლიმერული ჰიბრიდის შექმნა დაიგეგმა. ასეთ მასალაში, მეტალის სტრუქტურა, კერამიკული ნანონაწილაკებით უნდა შეევსოთ. ასეთი მასალა ოდნავ განსხვავებული მეთოდით უნდა დამზადებულიყო. პოლიმერის გამოდევნა თერმულად მოხდა და ამ პროცესში, კერამიკულმა ნაწილაკებმა მყარი ლითონი შეავსეს. საბოლოო მასალა ძალიან მტკიცე და ზესიმსუბუქი გამოვიდა. არადა, მას მილის სახე არ ჰქონდა.

როგორც ლივერმორის ლაბორატორიის ინჟინერი სიაოიუ ჟენი ამბობს, ტესტებმა აჩვენა, რომ ასეთი მასალების სტრუქტურა, მათზე 160 000-ჯერ მეტი სიმძიმის ზეწოლას უძლებს. ამ ზემსუბუქი მასალების სიმტკიცის საიდუმლო იმაში მდგომარეობს, რომ მისი ყველა მიკროსტრუქტურული ელემენტი ისეა შემუშავებული, რომ მათ შემაკავებელი დანიშნულება ჰქონდეთ და სიმძიმის ქვეშ არ გაიღუნონ.

მკვლევარები ირწმუნებიან, რომ შორს არაა ის დრო, როცა ამ ტიპის მასალების გამოყენებას, თვითმფრინავების, ავტომობილების და კოსმოსური ხომალდების სტრუქტურების წარმოებაშიც დაიწყებენ. მათი თქმით, დროთა განმავლობაში, ახალი მასალების სიმტკიცე, ახლანდელთან შედარებით, მინიმუმ ასჯერ მაინც გაიზრდება.