Создана углеродная наноструктура «сильнее алмазов»

Калифорнийский университет в Ирвайне, 14 апреля 2020 г.

Имея толщину стенок около 160 нанометров, нанорешетчатая структура с закрытыми порами и пластинами, разработанная исследователями из UCI и других учреждений, является первым экспериментальным подтверждением того, что такие конструкции достигают теоретических пределов прочности и жесткости в пористых материалах. Фото: Кэмерон Крук и Йенс Бауэр / UCI.

Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне и других учреждений разработали архитектурно спроектированные пластинчатые нанорешетки – углеродные структуры нанометрового размера – которые прочнее алмазов по соотношению прочности и плотности.

In a recent study in Nature Communications<em>Nature Communications</em> is a peer-reviewed, open-access, multidisciplinary, scientific journal published by Nature Portfolio. It covers the natural sciences, including physics, biology, chemistry, medicine, and earth sciences. It began publishing in 2010 and has editorial offices in London, Berlin, New York City, and Shanghai. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Ученые из Nature Communications сообщают об успехе в концептуализации и изготовлении материала, который состоит из тесно связанных пластин с закрытыми порами вместо цилиндрических ферм, обычных в таких конструкциях за последние несколько десятилетий.

«Предыдущие конструкции на основе балок, хотя и представляли большой интерес, не были настолько эффективными с точки зрения механических свойств», — сказал корреспондент Йенс Бауэр, исследователь UCI в области машиностроения и аэрокосмической техники. «Этот новый класс пластинчатых нанорешеток, который мы создали, значительно прочнее и жестче, чем лучшие балочные нанорешетки».

Согласно документу, разработанная командой конструкция улучшила средние характеристики архитектур на основе цилиндрических балок на 639 процентов по прочности и на 522 процента по жесткости.

Члены лаборатории архитектурных материалов Лоренцо Вальдевита, профессора материаловедения и инженерии UCI, а также механической и аэрокосмической инженерии, проверили свои выводы с помощью сканирующего электронного микроскопа и других технологий, предоставленных Ирвинским научно-исследовательским институтом материалов.

«Ученые предсказали, что нанорешетки, организованные в виде пластин, будут невероятно прочными», — сказал ведущий автор Кэмерон Крук, аспирант UCI в области материаловедения и инженерии. «Но сложность изготовления конструкций таким способом означала, что теория так и не была доказана, пока нам это не удалось».

Bauer said the team's achievement rests on a complex 3D laser printing process called two-photonA photon is a particle of light. It is the basic unit of light and other electromagnetic radiation, and is responsible for the electromagnetic force, one of the four fundamental forces of nature. Photons have no mass, but they do have energy and momentum. They travel at the speed of light in a vacuum, and can have different wavelengths, which correspond to different colors of light. Photons can also have different energies, which correspond to different frequencies of light." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> фотонная полимеризация, прямая лазерная запись. Когда лазер фокусируется внутри капли жидкой смолы, чувствительной к ультрафиолетовому свету, материал становится твердым полимером, молекулы которого одновременно подвергаются воздействию двух фотонов. Сканируя лазером или перемещая предметный столик в трех измерениях, этот метод способен отображать периодические расположения ячеек, каждая из которых состоит из наборов пластин толщиной до 160 нанометров.

One of the group's innovations was to include tiny holes in the plates that could be used to remove excess resin from the finished material. As a final step, the lattices go through pyrolysis, in which they’re heated to 900 degrees CelsiusThe Celsius scale, also known as the centigrade scale, is a temperature scale named after the Swedish astronomer Anders Celsius. In the Celsius scale, 0 °C is the freezing point of water and 100 °C is the boiling point of water at 1 atm pressure." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"Celsius in a vacuum for one hour. According to Bauer, the end result is a cube-shaped lattice of glassy carbon that has the highest strength scientists ever thought possible for such a porous material./p>