Древесная структура делает сплавы легче и прочнее

Современная архитектураНовая технология преобразования обычных сплавов в «металлическое дерево» значительно повышает соотношение прочности материала к его весу и позволяет производить перспективные изделия и конструкции с недостижимыми пока для металлов характеристиками.

 

Металлическое дерево

«Прочный, как сталь» — широко распространённое клише. Однако сталь и другие металлы, которые мы используем каждый день, далеко не так прочны, какими могли бы быть. Кристаллическая структура железа, алюминия и титана придаёт им прочность и гибкость, но она несовершенна. Высокие нагрузки заставляют атомы «скользить» и кристаллическая структура разрушается. Теоретический предел прочности металла, имеющего идеальную структуру, на порядок выше.

МеталлОдин из примеров, как это преодолеть, можно найти в обычной древесине. Чистая целлюлоза, которая является базовым элементом древесины, представляет собой мягкие волокна. Однако когда целлюлоза встраивается в сложную стволовую структуру, древесина становится очень прочной. Известно, что сопоставимые по весу элементы из древесины и технической стали имеют сопоставимую прочность. Причина, по которой более прочной из них кажется сталь в том, что она намного плотнее.

Схема структуры "металлической древесины"

Поиск способа придания металлу пористой структуры ведётся давно. В прошлом это делалось путём превращения расплавленного металла в пену или использования 3D-печати с точностью до 100 нм. Проблема в том, что металлическая пена не соответствует современным инженерным стандартам, а процесс 3D-печати медленный и трудно масштабируется из лабораторных образцов в реальные технологии. Новая технология позволяет, управляя металлом на атомном уровне, создавать изделия из никеля столь же прочными, как и титан, однако при этом в пять раз более лёгкими.

Структура металлического дереваПричина, по которой полученный материал называется «металлическим деревом», заключается не только в плотности, которая примерно равна плотности древесины, но и в клеточной природе. Присутствуют плотные участки с прочными металлическими распорками и пористые участки с воздушными зазорами. Правда, пока не до конца исследованы все физические свойства металлического дерева. Например, появляются ли на нём вмятины или материал при ударе разрушается.

Свойства металлической древесиныИнтересный потенциал технологии заключается в том, что полости в металле могут быть заполнены другим материалом. Так же, как поры в древесине используются для удержания живых клеток и транспортировки воды и питательных веществ, металлическая древесина может быть заполнена материалами, которые будут действовать, например, как аккумулятор. Что позволит производить недоступные на современном уровне развития промышленных технологий изделия.

 

Смотрите также:

Бумага прочнее стального сплава

Прозрачная древесина будущего

Супер древесина прочнее металла

Ещё по теме  НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

 

Архитектура будущегоНапример, служащий топливным баком или аккумулятором корпус самолета, корабля или автомобиля, включающие утеплитель, огнезащитный состав или служащие в качестве инженерных коммуникаций металлические строительные конструкции, да и просто лёгкие протезы со встроенным автономным питанием. И это не упоминая о космических перспективах таких сплавов.

На данный момент задача исследователей состоит в том, чтобы разработать коммерчески окупаемую промышленную инфраструктуру, которая позволила бы производить большое количество материала с меньшими затратами за счёт эффекта массового производства.

nature.com