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
