Solide le plus léger au monde s'inspire de la tour Eiffel

Un treillis métallique de tuyaux de cheveux-mince est maintenant le plus léger et solide pourtant créé — révèlent moins dense que l'air, des scientifiques.

La stratégie utilisée pour créer ces structures complexes pourrait mener à des matériaux révolutionnaires de l'extraordinaire force et légèreté, y compris celles de diamant, a ajouté les chercheurs.

Ultraléger matériaux comme les mousses sont largement utilisés dans l'isolation thermique et d'atténuer les bruits, des vibrations et des chocs. Ils peuvent également servir d'échafaudages pour électrodes de batterie et de systèmes catalytiques.

Les substances très le plus léger au monde jusqu'à maintenant, aérogels, ont le surnom éthéré "congelés fumée". Ils peuvent atteindre des densités de 1 milligramme par centimètre cube, ce qui les rend moins dense que l'air au niveau de la mer et de la température de la pièce.

Le problème jusqu'ici avec des matériaux de faible densité comme aérogels et mousses métalliques a été leurs structures aléatoires. Par exemple, les aérogels sont dérivées de gels dont les composants liquides ont été remplacés par des gaz, laissant derrière eux des écheveaux solides des colliers de perles microscopiques. L'architecture chaotique de ces substances les rend beaucoup plus faibles que les formes conventionnelles de leur matériel de parent.

Maintenant, les scientifiques ont conçu ultraléger, faible densités treillis métalliques avec des structures ordonnées. Celles-ci possèdent des niveaux plus élevés de la rigidité, la force et la conductivité des formes classiques de leurs matériaux parent, conclusions détaillées dans le numéro 18 novembre de la revue Science.

« Notre vision est de révolutionner les matériaux légers en adoptant les principes de l'architecture dans leur conception, » chercheur Tobias Schaedler, chercheur principal aux laboratoires de NMS à Malibu, en Californie, a dit InnovationNewsDaily.

« Si vous regardez à la tour Eiffel ou le Golden Gate Bridge, ils sont incroyablement léger et solide pour leur taille en raison de leur architecture — la tour Eiffel est la plus haute et plus légères que les pyramides en raison de sa conception, " Schaedler a expliqué. « Nous voulons réaliser la même chose que ces bâtiments modernes atteindre en travaillant sur la structure des matériaux ».

Les chercheurs ont commencé avec un photopolymère liquide — une molécule qui change ses propriétés lorsqu'il est exposé à la lumière. Ils a brillé de patrons de la lumière ultraviolette sur cette photopolymère, générant un réseau tridimensionnel et enduits de cette structure avec une mince couche de métal — dans cet affaire en alliage nickel-phosphore.

Ensuite, Schaedler et ses collègues gravée loin le photopolymère avec lye, laissant derrière elle un treillis d'entretoises creux nickel-phosphore chaque échelle de 100 à 500 microns, ou un-à-cinq fois la largeur d'un cheveu humain. Les murs de ces tubes varies entre 100 et 500 nanomètres ou milliardièmes de mètre d'épaisseur, ou jusqu'à 1 000 fois plus mince qu'un cheveu.

Ces réseaux est même airier que les aérogels, avec une densité de 0,9 mg par centimètre cube, « le réseau est ouvert volume de 99,99 %, » a déclaré Schaedler. « C'est environ 200 fois plus léger que le styromousse. »

Dans les expériences, ces réseaux de métal s'est révélée très flexibles, rebondissant retour leur forme originale, même après être comprimée à moins de la moitié de leur taille.

« Nous allons envisager des applications dans les composantes structurelles, tels que l'aérospatiale, » a déclaré Schaedler. « Ses capacités d'absorption de l'énergie pourraient aussi rendre utile pour acoustique-, amortissement des vibrations et des chocs. Nous pouvons contrôler l'architecture sur les échelles de millimètre, micromètre et nanomètre, à la conception de matériaux aux propriétés personnalisées pour des applications spécifiques, si nous le voulons. »

Les chercheurs sont maintenant expérimenter des réseaux d'autres types de matériaux. « Nous devrions être en mesure de faire des réseaux de tout matériel de minces — par exemple, les diamants, les polymères et les céramiques, "Schaedler dit.

Cet article a été fourni par InnovationNewsDaily, une sœur de site à LiveScience.