Металлическое дерево

Новая 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.

Пористая структура делает металл лёгким и прочным

«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.

Один 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.

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.

Причина, 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.

Интересный 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

Супер древесина прочнее металла

Ещё по теме  НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

Например, 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.