Ученые из Технологического института в Карлсруэ создали ячеистый композитный пластиковый материал, который обладает прочностью, сравнимой со сталью, и при этом легче воды. Описание материала опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, кратко о нем пишет The Conversation.
Получить новый материал удалось с помощью использования особого 3D-принтера, который работает по принципу лазерной литографии. В нем полимеризация вещества происходит под действием сфокусированного лазерного света. Использование точных линз позволяет получить структуры с нанометровым характерным размером ячеек. После печати на принтере материал дополнительно покрывали 50-нанометровым слоем оксида алюминия, что сильно увеличивало его прочность.
Ключевым отличием нового материала является регулярная ячеистая структура. Именно она позволила ученым добиться уникального сочетания прочности и легкости. Сплошные материалы почти всегда тяжелее воды, а в более легких материалах (пенах) ячеистая структура почти всегда нерегулярна. Эта нерегулярность при сжатии ведет к преимущественному сгибанию, а не растяжению элементов конструкции. Новый материал имеет регулярную ячеистую структуру, поэтому при сжатии его отдельные элементы сначала растягиваются, что делает материал значительно прочнее обычных пен. По словам авторов, новый материал напоминает губчатую кость, в которой квази-регулярная структура тоже приводит к преимущественному растяжению, а не сгибанию элементов конструкции.
Диаграмма материалов по плотности (горизонтальная) и прочности (вертикальная логарифмические шкалы). Варианты нового материала отмечены цветными кружками. Самый прочный — «50 нм».
Изображение: Jens Bauer/PNAS
Основным препятствием к практическому применению нового материала является несовершенство литографических принтеров — пока они позволяют создавать объекты, не превышающие по размеру несколько десятков микрометров.
Ранее другая группа ученых представила 3D-принтер, способный печатать объекты из углеродного волокна. В прошлом году исследователи освоили печатать из жидкого металла. Обычная металлическая 3D-печать уже затронула производство ракетных деталей и оружия.