Нова «плоска» вуглецева нанорешетка міцніше алмазу

Алмаз, який є на Землі одним із самих твердих матеріалів природного походження, вже давно виступає в ролі свого роду еталону в матеріалознавстві і інших пов’язаних з цим областях науки. Але вчені та інженери постійно шукають можливості створення нових штучних матеріалів, які за параметрами повинні перевершувати найкраще з того, що може запропонувати нам природа. І не так давно група вчених з Каліфорнійського університету в Ірвіні створила новий тип вуглецевої нанорешеткі, яка має набагато більший показником міцності до щільності, ніж алмаз.

Новий матеріал являє собою типову нанорешетку, пористу впорядковану структуру, що складається з вертикальних, горизонтальних поперечин і похилих розпірок, зроблених з вуглецю, речовини, з якого складаються і алмази. Створення подібних нанорешеток практикується вченими вже досить давно, але всі подібні матеріали, створені раніше, мали елементи решітки циліндричної форми, виробництво яких набагато простіше, ніж виробництво елементів іншої форми. Саме формою елементів решітки і відрізняється матеріал, створений каліфорнійськими вченими, ці елементи являють собою плоскі пластини певної товщини.

«Матеріали, засновані на решітці, елементи якої мають круглу форму, безумовно цікаві, але не так ефективні з точки зору їх механічних властивостей» — пишуть дослідники, — «Новий клас пластинчастих нанорешеток, подібних створеної нами, більш міцний і більш жорстокий в порівнянні з усіма іншими типами подібних матеріалів «.

Крім нової структури нанорешеткі, дослідники використовували новий метод її виробництва. Дуже тонкий лазерний промінь був сфокусований всередині краплі спеціального в’язкого полімерного матеріалу, чутливого до ультрафіолетового світла. Світло лазера змушує матеріал полимеризоваться (затвердіти) в точці фокусування променя, а переміщення променя дозволило сформувати пластини, товщиною 160 нанометрів. Після створення структури нанорешеткі за допомогою лазера, матеріал був поміщений в піч, де при температурі в 1650 градусів Цельсія з нього були вилучені залишки невикористаного полімеру, а затверділий полімер в результаті процесу піролізу перетворився в чистий вуглець.

В результаті вийшов матеріал, який перевершував аналогічний матеріал з циліндричними елементами решітки на 639 відсотків по міцності і на 522 відсотка по жорсткості. «Механічні показники подібного матеріалу вже давно були розраховані теоретично, і ми стали першою групою, яка підтвердила їх експериментально» — пишуть дослідники, — «В результаті ми отримали матеріал з безпрецедентними значеннями його механічних характеристик».

Однією з областей застосування нового матеріалу є, безумовно, область конструювання та виробництва космічної техніки та інші області, в яких ключовими вимогами є використання легких матеріалів, що володіють малою щільністю, але забезпечують міцність і твердість на рівні звичайних монолітних матеріалів природного або штучного походження.