Разработана методика создания металлических нанопористых структур, которые характеризуются исключительной легкостью, высокой прочностью и могут обладать дополнительными свойствами.
При создании конструкций, требующих высокой надежности и долговечности, специалисты нередко используют титан, превосходящий сталь по прочности при меньшем весе. Такие свойства во многом обусловлены кристаллической структурой этого металла. Благодаря возможности управления этой структурой, удается получать новые материалы с еще более выдающимися характеристиками. Это было подтверждено американскими разработчиками, статья которых опубликована в журнале Scientific Reports.
Профессор Джеймс Пикуль и его научная группа применили образец мягкого никеля, сформировав в нем большое количество наноразмерных пор. В результате материал приобрел прочность, сопоставимую с титаном, но при этом оказался легче – плотность ниже, чем у воды. Кроме того, предполагается, что эти поры можно заполнить другим вязким веществом, что позволит придать структуре требуемые дополнительные характеристики, такие как способность к накоплению энергии.
«Название «металлическим деревом» мы дали этому материалу не только из-за его плотности, сопоставимой с древесиной, но и из-за его «клеточной» структуры, — говорит профессор Пикуль. — Взгляните на фрагмент дерева, что вы увидите? Какие-то части толстые и плотные, они созданы, чтобы удерживать структуру. Какие-то части пористые и созданы для выполнения особых биологических функций, таких как транспорт. <…> Наша структура аналогична».
Для получения этого материала ученые применяли суспензию пластиковых сфер, размер которых составлял несколько сотен нанометров. В процессе испарения воды эти сферы выстраивались в упорядоченные ряды, напоминающие аккуратные стопки снарядов. Затем на них наносили никель, после чего удаляли пластик, получая металлическую структуру, в которой 70 процентов объема занимают воздушные пустоты. Никелевые структуры, имеющие размеры около 16 нанометров, демонстрируют прочность 800 МПа, что значительно превышает характеристики обычного, монолитного никеля. Изменяя конфигурацию и размер структурных компонентов, а также величину пор, можно регулировать эти характеристики в диапазоне от 90 до 880 МПа, а также плотность — от 880 до 14500 кг/м 3.
По мнению авторов, в отличие от титана, все необходимые компоненты для создания подобных сверхпрочных конструкций обладают невысокой стоимостью и широко доступны. Тем не менее, на текущий момент отсутствуют технологии и методы для их промышленного производства, а также способы получения крупных образцов. Решение этих вопросов планируется осуществить на последующем этапе исследований.