Металлическая микрорешётка — синтетический пористый металлический материал, сверхлёгкая форма пенометалла . Имеет плотность вплоть до 0,9 мг/см ³ и на момент открытия (2011) являлся одним из легчайших материалов в мире . Разработан командой учёных из в сотрудничестве с исследователями Калифорнийского университета в Ирвайне и Калифорнийского технологического института . В целом обладает хорошими свойствами как сверхлёгкий материал, но дорог в производстве .

Синтез

Для изготовления металлической микрорешётки вначале была приготовлена полимерная форма по новой технологии, которая основана на самораспространяющейся волновой структуре , хотя было отмечено, что могут быть использованы и другие методы для изготовления формы . Ультрафиолетовое (УФ) излучение пропускается через перфорированный (со множеством отверстий) фильтр в резервуар с УФ- отверждаемой смолой. Так же, как и в оптическом волокне , появляется явление ПВО (полного внутреннего отражения), когда смола вулканизируется в каждом отверстии в форме, образуя тонкое полимерное волокно параллельно направлению излучения . При использовании нескольких лучей света образуется несколько полимеров, которые могут соединяться в один, образуя решётку .

Процесс схож с фотолитографией в том, что он использует двухмерный фильтр для задания начальной структуры формы, но отличается скоростью образования: если стереолитография может занимать часы, создавая полную решетку, то самораспространяющиеся УФ-волны позволяют сформировать структуру за 10—100 секунд. Таким образом разработанный метод, основанный на самораспространяющихся волнах, способствует быстрому образованию больших трёхмерных решёток. Затем форма покрывается тонким слоем металла и фосфора с помощью и, наконец, форма вытравливается, и остаётся самостоятельно существующая, структурированная монотонная на молекулярном уровне, пористая металлическая с неметаллическими включениями ( фосфидная ) структура. В первоначальном исследовании в качестве металла микрорешётки был использован никель . По данным, полученным с помощью метода электроосаждения, материал содержит 7% рассеянных атомов фосфора и не содержит осадка.

Свойства

Металлические микрорешётки состоят из сетки сообщающихся полых трубчатых элементов. Диаметр каждого элемента — около 100 микрометров , толщина его стенки — 100 нанометров . Около 99,99 % объёма готовой структуры занимает воздух , и при подсчёте плотности микрорешётки вес воздуха часто условно исключается . Но если всё же учитывать воздух, находящийся между трубками, то плотность материала составит 2.1 мг/см ³ (2.1 кг/м ³ ), что лишь в 1,76 раза больше плотности обычного воздуха при 25°C.

Сами металлические микрорешётки без воздуха отличаются очень малой плотностью — 0,9 мг/см³, которая была рекордно низкой для твёрдого вещества на 2011 год, но потом были открыты аэрографит (2012) (плотность — 0,2 мг/см ³ , (2013) (плотность — 0,16 мг/см³) и пр. До этого самой низкой плотностью обладали аэрогели — 1,0 мг/см ³ . Металлические микрорешётки ведут себя как эластомеры и даже после значительного сжатия почти полностью восстанавливают свою форму , в отличие от аэрогеля — это хрупкое, стеклообразное вещество. Такое эластомерное свойство металлических микрорешёток позволяет использовать их как эффективные амортизаторы. Интересно, что Модуль Юнга Е металлических микрорешёток пропорционален квадрату плотности ( E ~ ρ² ), что отличается от кубической зависимости ( E ~ ρ³ ), характерной для аэрогелей и пены из углеродных нанотрубок .

Применение

Металлические микрорешётки, возможно, найдут применение в качестве тепловых и виброизоляторов ( амортизаторов и т. д.), аккумуляторных электродов и носителей катализатора . Способность сжиматься и возвращаться в своё первоначальное состояние позволяет использовать этот материал для накопления энергии с помощью их упругости .

См. также

• Аэрографит
• Фотолитография
• Углеродные нанотрубки

Примечания