«Легкие строительные материалы, такие как кости и дерево, встречаются в природе повсюду», – сказал доктор.-Ing. Йенс Бауэр из Технологического института Карлсруэ (KIT), первый автор исследования, объясняет:. «Они обладают высокой несущей способностью и малым весом и, следовательно, служат моделями механических метаматериалов для технических приложений."
Метаматериалы – это материалы, структура которых размером в несколько микрометров (миллионных долей метра) спроектирована и изготовлена специально для них, чтобы они обладали механическими или оптическими свойствами, недоступными для неструктурированных твердых тел. Примерами являются плащи-невидимки, которые направляют свет, звук или тепло вокруг объектов, материалы, которые противоречиво реагируют на давление и сдвиг (ауксетические материалы), или легкие наноматериалы с высокой удельной стабильностью (сила на единицу площади и плотность).
Самая маленькая стабильная решетчатая структура в мире, представленная сейчас, была сначала создана с помощью установленного процесса лазерной 3D-литографии. Требуемая структура микрометрового размера упрочняется в фоторезисте лазерными лучами с компьютерным управлением.
Однако разрешение этого процесса ограничено, так что стойки длиной около 5-10 мкм и диаметром 1 мкм могут быть изготовлены только. На следующем этапе структура была усажена и остеклована путем пиролиза.
Впервые пиролиз был использован для изготовления микроструктурированных решеток. Объект подвергается воздействию температуры около 900 ° C в вакуумной печи.
В результате химические связи переориентируются. За исключением углерода, все элементы ускользают от резиста.
Неупорядоченный углерод остается в структуре усадочной решетки в виде стеклоуглерода. Полученные конструкции были протестированы исследователями на устойчивость под давлением.
«Согласно результатам, несущая способность решетки очень близка к теоретическому пределу и намного выше, чем у неструктурированного стеклоуглерода», – сказал профессор. Оливер Крафт, соавтор исследования, сообщает. До конца прошлого года Крафт возглавлял Институт прикладных материалов КИТ. В этом году он занял пост вице-президента KIT по исследованиям. «Алмаз – единственное твердое вещество, имеющее более высокую удельную стабильность."
Микроструктурированные материалы часто используются для изоляции или амортизации. Материалы с открытыми порами могут использоваться в качестве фильтров в химической промышленности. Метаматериалы также обладают исключительными оптическими свойствами, которые используются в телекоммуникациях. Стеклоуглерод – это высокотехнологичный материал из чистого углерода.
Он сочетает в себе стекловидные, керамические свойства со свойствами графита и представляет интерес для использования в электродах батарей или электролизных системах.