Pod koniec 2022 r. naukowcy z Lawrence Berkeley National Laboratory i Oak Ridge National Laboratory stworzyli wyjątkowy stop metali o dużej plastyczności i ekstremalnej wręcz wytrzymałości. CrCoNi to stop chromu, kobaltu i niklu, który ma najwyższą wytrzymałość, jaką kiedykolwiek zarejestrowano dla materiału na Ziemi. Ale materiały przyszłości mogą być jeszcze bardziej wytrzymałe – wystarczy zastosować pewien trik.
Czytaj też:Ten materiał przeczy wszystkiemu, co znamy. To może być nowy paradygmat w fizyce
Naukowcy z Caltech stworzyli supermateriał wykonany z licznych węzłów połączonych ze sobą w mikroskali. Sprawiają one, że materiał jest znacznie bardziej wytrzymały niż analogiczne o identycznej strukturze, ale pozbawione węzłów. To oznacza, że tzw. materiały węzłowe mogą być przyszłością inżynierii na niemal każdym poziomie – od mikro- do makroskali. Mogą one znaleźć zastosowanie w lotnictwie i medycynie ze względu na trwałość oraz możliwą biokompatybilność. Opisano je w Science Advances.
Zdolność do przezwyciężenia ogólnego kompromisu między odkształcalnością materiału a wytrzymałością na rozciąganie (zdolnością do rozciągania bez złamania) oferuje nowe sposoby projektowania urządzeń, które są niezwykle elastyczne, trwałe i mogą działać w ekstremalnych warunkach.Dr Widianto P. Moestopo z Caltech, obecnie z Lawrence Livermore National Laboratory
Supermateriał inny niż wszystkie
Węzły stworzone przez inżynierów Caltech mają ok. 70 mikrometrów wysokości i szerokości, a pojedyncze włókna ok. 3,4 mikrometra średnicy, czyli 50 razy mniej niż ludzi włos. W 2017 r. udało się zbudować jeszcze mniejsze węzły, złożone z pojedynczej nici atomów, ale obecne osiągnięcie jest ważniejsze, gdyż doprowadziło do stworzenia materiału złożonego.
Czytaj też:Ten innowacyjny materiał potrafi “skakać”. Inspiracją dla naukowców były… pasikoniki
Materiały węzłowe zbudowane z polimerów wykazują wytrzymałość na rozciąganie, która znacznie przewyższa elementy o identycznej strukturze, ale budowie bezwęzłowej (np. o splecionych niciach). Materiały węzłowe pochłaniają 92 proc. więcej energii i wymagają ponad dwukrotnie większego naprężenia, aby pęknąć.
Węzły w materiałach tworzono przy użyciu zaawansowanej litografii 3D. Próbki stworzone przez naukowców z Caltech mają prostą budowę – węzeł zwykły (najprostszy rodzaj węzła) z bonusowym skrętem, który zapewnia dodatkowe tarcie w celu pochłaniania energii podczas rozciągania materiału. W przyszłości zespół dr Moestopo zamierza eksperymentować z bardziej złożonymi węzłami.
Nie uważam się za wspinacza, żeglarza ani matematyka, ale przez całe życie wiązałem węzły, więc pomyślałem, że warto spróbować wprowadzić węzły do moich projektów.Dr Widianto P. Moestopo
