Металлическая микрорешётка

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Металлическая микрорешётка — это синтетический пористый металлический материал, сверхлёгкая форма пенометалла, имеющей малую плотность вплоть до 0.9 мг/см3, разработанный командой учёных из HRL Laboratories в сотрудничестве с исследователями Калифорнийского университета в Ирвайне и Калифорнийского технологического института.[1]

Синтез[править | править исходный текст]

Для изготовления металлической микрорешетки вначале была приготовлена полимерная форма по новой технологии, основанной на саморазмножающейся волновой структуре,[2] хотя было отмечено, что могут быть использованы и другие методы для изготовления формы.[3] Процесс проходит ультрафиолетовый свет через перфорированный фильтр в резервуар с УФ-отверждающей смолой. «Самозахват» света, подобно оптическому волокну, появляется, когда смола твердеет под каждым отверстием в фильтре, образуя полимерное волокно вдоль направления света. Используя множество световых лучей, волокна могут соединяться, образуя решётку. Процесс схож с фотолитографией в том, что он использует двухмерный фильтр для определения начальной структуры формы, но отличается скоростью образования: если стереолитография может занимать часы, создавая полную решетку, то самоорганизующийся волновой процесс позволяет сформировать формы за 10-100 секунд. Таким образом саморазмножающийся волновой процесс способствует быстрому образованию больших и свободно стоя́щих трёхмерных решёток. Затем форма покрывается тонким слоем металла с помощью электроосаждения и, наконец, форма вытравливается, оставляя свободно стоя́щую периодическую пористую металлическую структуру. В первоначальном отчёте был использован никель в качестве металла микрорешётки. В соответствии с процессом электроосаждения, он содержит 7 % растворённых атомов фосфора и не содержит осадка.

Свойства[править | править исходный текст]

Металлические микрорешётки состоят из сетки взаимосплетённых полых элементов. Диаметр каждого элемента около 100 микрометров, толщина его стенки 100 нанометров. Готовая структура заполнена воздухом приблизительно на 99,99 %[1], и при подсчёте плотности микрорешётки вес воздуха условно исключается[3].

Металлические микрорешётки отличаются очень низкой плотностью — 0,9 мг/см³, — самой низкой для твёрдого вещества. До этого самой низкой плотностью обладали аэрогели — 1,0 мг/см³. Механически, эти микрорешётки ведут себя также как эластомеры, которые после значительного сжатия почти полностью перекрывают свою форму[4]. Это важно, так как аэрогель — это хрупкое, стеклообразное вещество. Такое эластомерное качество металлической микрорешётки даёт ей возможность эффективно амортизировать. Её модуль Юнга Е демонстрирует всевозможное изменение плотности ρ, E ~ ρ² в отличие от E ~ ρ³ в аэрогелях и пене из углеродных нанотрубок[3].

Применение[править | править исходный текст]

Металлическая микрорешётка может потенциально применяться в качестве тепловых и виброизоляторов (амортизаторов и т. д.), аккумуляторных электродов и носителей катализатора.[3] Способность сжиматься и возвращаться в своё первоначальное состояние позволяет использовать этот материал для накопления энергии[1].

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. 1 2 3 Metallic microlattice 'lightest structure ever'. Chemistry World (17 November 2011). Проверено 21 ноября 2011. Архивировано из первоисточника 21 ноября 2011.
  2. (2007) «Micro-scale Truss Structures formed from Self-Propagating Photopolymer Waveguides». Advanced Materials 19 (22): 3892–3896. DOI:10.1002/adma.200700797.
  3. 1 2 3 4 (Received 25 July 2011, published 12 October 2011) «Ultralight Metallic Microlattices». Science 334 (6058): 962. DOI:10.1126/science.1211649.
  4. Stephen Shankland Breakthrough material is barely more than air. CNET. November 18, 2011