La résistance du titane, la densité de l'eau: les ingénieurs ont créé un métal «bois»

Haute performance des clubs de golf et des ailes de l'avion font en titane, qui est plus solide que l'acier, mais deux fois plus facile. Ces propriétés dépendent de la méthode de pose d'atomes de métal, mais les défauts rencontrés dans le processus de production, signifie que ces matériaux peuvent être beaucoup plus ferme, mais ne le seront pas. L'architecte, de collecter des métaux à partir des atomes individuels, pourrait permettre de concevoir et de construire de nouveaux matériaux, qui possèdent le meilleur rapport résistance-poids.

un Arbre en métal — peut-être?

Dans une nouvelle étude, publiée dans la revue Nature Scientific Reports, les chercheurs de l'École d'ingénierie et de sciences appliquées de l'Université de Pennsylvanie, l'Université de l'Illinois et l'Université de Cambridge, ont fait exactement cela. Ils ont recueilli une feuille de nickel avec наноразмерными pores, qui le rendent aussi solide que le titane, mais quatre à cinq fois plus facile.

L'espace Vide des pores et le processus d'auto-assemblage font poreux métal ressembler à un matériau naturel comme le bois.

Et c'est exactement la même que la porosité de tronc d'arbre exécute la fonction biologique de transport de l'énergie, de l'espace vide dans le «métallique bois» peut être rempli par d'autres matériaux. Le remplissage des forêts анодными et катодными matériaux permettra métallique de bois de servir un double objectif: être l'aile de l'avion ou de la prothèse de la jambe avec la batterie.

A Dirigé la recherche de James Pikul, professeur adjoint de génie mécanique et de la mécanique appliquée à l'université de Pennsylvanie.

Même les meilleurs naturelles des métaux ont des défauts dans l'arrangement des atomes, qui limitent leur force. Un bloc de titane, où chaque atome serait parfaitement aligné avec ses voisins, serait dix fois plus fort que ce que l'on peut produire à l'heure actuelle. Материаловеды essayé d'utiliser ce phénomène, en appliquant l'approche architecturale, machinant la structure géométrique de contrôle, nécessaire pour débloquer des propriétés mécaniques qui se produisent dans le наноразмерном échelle, où les défauts ont un faible impact.

Pikul et ses collègues doivent leur succès à la nature.

«la Raison pour laquelle nous l'appelons métallique et bois, ne réside pas seulement dans sa densité, qui est égale à la densité du bois, mais aussi dans la nature», dit Pikul. «Alvéolaires matériaux sont poreux; si vous regardez le grain typique (figure de bois stratifié), que vous verrez? Plus épais et plus dense à la partie maintiennent la structure, et plus poreuses les pièces nécessaires pour maintenir les fonctions biologiques, comme le transport dans la cellule et à partir d'elle».

«Notre structure est semblable», dit-il. «Nous avons la région, qui sont épaisses et denses, avec de solides métalliques à vérins, et les zones qui sont poreuses, avec des entrefers. Nous travaillons simplement à l'échelle de la longueur, où la force de cale approche théorique maximum».

Les Entretoises en métal bois ont une largeur d'environ 10 nanomètres, ou 100 atomes de nickel de diamètre. D'autres approches incluent l'utilisation de la technologie comme d'impression en trois dimensions pour créer des forêts à l'échelle nanométrique avec une précision inférieure à 100 nanomètres, mais lent et laborieux processus est difficile à mettre à l'échelle utiles de taille.

«Nous savions que la réduction de la taille qui vous rendra plus fort pendant un certain temps, mais les gens n'ont pas pu faire de ces matériaux solides assez grandes structures, afin que vous puissiez faire quelque chose d'utile. La plupart des exemples, des faits de matériaux durables, ont été de la taille d'une puce, mais avec notre approche, nous pouvons faire des échantillons de métal de bois, qui sont à 400 fois plus».

La Méthode Pikul commence avec de minuscules sphères en plastique d'un diamètre de plusieurs centaines de nanomètres, suspendus dans l'eau. Quand l'eau s'évapore lentement, la sphère s'affaissent et se replient comme des boulets de canon, formant ordonnée, en cristal de la carcasse. En utilisant гальванику, à l'aide de laquelle généralement ajoutent une fine couche de chrome à колпаку, les scientifiques ont ensuite rempli d'sphères en plastique nickel. Dès que le nickel tourne sur place, les sphères en plastique dissous, laissant le réseau ouvert entretoises métalliques.

«Nous avons fait un papier d'aluminium à partir de ce métal bois de l'ordre de centimètre carré et une face de dés», dit Pikul. «Pour vous donner une idée de l'échelle, je dirai que dans un seul morceau de cette taille est d'environ 1 milliard de nickel éparts».

Etant donné que le matériau de 70% de l'espace vide, la densité du métal bois à base de nickel est très faible par rapport à sa force. Avec une densité égale à la densité de l'eau, la brique de ces matières sera nager.

La Prochaine tâche de l'équipe sera la lecture de ce processus de production à l'échelle commerciale. À la différence de titane, aucun de tous les matériaux n'est pas particulièrement rare ou cher en soi, mais l'infrastructure nécessaire au fonctionnement de l'наномасштабах, actuellement limitée. Une fois qu'elle sera développée, les économies d'échelle permettra de faire de la production d'une quantité importante de métal bois plus vite et moins cher.

Une fois Que les chercheurs seront en mesure de produire des échantillons de leurs métallique de bois dans les grandes tailles, ils peuvent les exposer à plus grande échelle à l'épreuve. Par exemple, il est très important de mieux comprendre leurs propriétés en traction.

«Nous ne savons pas, par exemple, notre métallique arbre plier comme le métal ou de se briser comme du verre. Exactement comme les défauts, en titanepour limiter sa résistance globale, nous avons besoin de mieux comprendre comment des défauts dans les haubans métalliques bois affectent les propriétés générales».

Quelles applications pourraient apparaître, ce fer de l'arbre? Offrez .