Технологии, используемые мастерами Китая в старину, оказались полезны для формирования структуры керамических материалов на микроуровне

Новости МирТесен

Сингапурские специалисты сумели создать миниатюрные элементы с необычными свойствами и особенностями, что открывает возможности для их использования в различных научных направлениях. Для этого они использовали техники, разработанные китайскими мастерами много веков назад – принцип шипового соединения и метод танграм-комбинаторики.

Традиционные подходы не позволяют обеспечить необходимую сложность структуры, точность размеров и при этом сохранить целостность микрочастиц. Именно такие требования предъявляются к современной миниатюрной электронике, медицине, фармацевтике и производству микроскопических компонентов. Специалисты из Наньянского технологического университета (Сингапур) решили оптимизировать этот процесс, выбрав в качестве основы материал с высокой прочностью, устойчивостью к высоким температурам и воздействию химикатов, а также инновационный способ их соединения.

Используя керамику в качестве исходного материала, химики создали частицы в микрофлюидном реакторе. Каждая из них была спроектирована с учетом соседних. Первая технология основана на принципе шип-паз, который еще в Древнем Китае применяли плотники для прочного соединения домов и мебели без использования гвоздей. В настоящее время этот простой и надежный способ монтажа используется при укладке паркета.

Взаимодействие выпуклых участков с соответствующими им вогнутыми обеспечивало прочное соединение деревянных конструкций любой конфигурации, даже имеющих форму лепестков. В ходе исследования в качестве поперечного сечения использовались разнообразные формы: десятиугольные шестерни, треугольники, шестиугольники и трапеции.

Альтернативный подход, разработанный исследователями из Сингапура, основан на принципе «подвижной сборки», предполагающем соединение микроскопических элементов одинаковой конфигурации (например, квадратной или в форме звезды), подобно тому, как собираются фрагменты традиционной китайской головоломки танграм. Данная игра обычно включает семь плоских фигур с геометрическими очертаниями, известных как таны, которые соединяются согласно определенной схеме для создания более сложной композиции. Оба предложенных подхода показали выдающиеся результаты: они обеспечивают стабильность и сохранение первоначальной формы микроструктур диаметром (около 200 микрон), что сопоставимо с толщиной человеческого волоса (достигающей 80 микрон).

Использование разработанных методик позволит увеличить скорость производства микрочастиц в десять раз и обеспечить контроль над их характеристиками. Кроме того, этот способ снизит затраты, поскольку исключает необходимость использования крупногабаритного и дорогостоящего оборудования.

О результатах эксперимента сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.