Se mitä Pennsylvanian yliopiston, Illinoisin yliopiston ja Cambridgen yliopiston tutkijat ovat onnistuneet tekemään, erottuu yleisestä rivistä siinä, että jäsennellyn materiaalin luomisprosessia ohjataan yksittäisten atomien tasolla. Ja seurauksena saatiin uusi materiaali, nimeltään "metalli puu", joka on vahvempi kuin titaani, mutta viisi kertaa kevyempi kuin nikkeli, josta se todella valmistetaan.
Lause "titaania vahvempi" on varmasti klisee, mutta tässä tapauksessa se on puhtain totuus.
Vaikka titaani itsessään voisi olla 10 kertaa vahvempi, jos sen rakenne olisi ihanteellinen. Uuden materiaalin lujuuden salaisuus näkyy tavallisissa metsissä. Puhdas selluloosa, joka itsessään on pehmeää materiaalia, saa melko suuren lujuuden muodostettaessa puurakenteeksi. Ja jotkut keinotekoisista selluloosa-aineista ovat lujuudeltaan verrattavissa pahimpaan teräkseen.
Muuten,”metallipuu” luoneet tutkijat eivät pyrkineet luomaan tätä materiaalia: tutkimuksen aikana he etsivät ja kehittivät uusia menetelmiä puun rakennetta muistuttavan huokoisen metallirakenteen luomiseksi. Aikaisemmin sulan metallin vaahtoamista tai 3D-tulostusta on käytetty tämän vaikutuksen aikaansaamiseksi tarjoamalla useiden satojen nanometrien tarkkuus. Molemmilla menetelmillä on kuitenkin haittoja, vaahdotuksella on erittäin vaikeaa saavuttaa materiaalin tiheyden tasainen jakautuminen, ja 3D-tulostusprosessi on erittäin hidas teollisessa tuotannossa käytettäväksi.
Aiempien tutkimusten mukaan sen rakenneyksiköiden koon pienentämisellä on avainasemassa materiaalin lujuuden lisäämisessä. Tutkijat onnistuivat saavuttamaan tämän käyttämällä muovisia nanohiukkasia, joiden mitat olivat useita kymmeniä, veteen sekoitettuna tasaisesti. Veden haihtuessa nämä pallomaiset hiukkaset järjestetään geometrisesti säännöllisen rakenteen muodossa, jonka jälkeen niiden pinnalle kerrostuu galvaanisesti nikkelikerros, joka täyttää vähitellen koko hiukkasten välisen tilan. Sen jälkeen muovi poistetaan liuottamalla ja hienoimpien metallisiltojen verkko jää jäljelle. Tilan täyttökerroin metallilla ei ylitä 30 prosenttia, loput 70 prosenttia putoaa onteloon, ja tämä on riittävää, jotta tuloksena olevan materiaalin tiheys sallii sen kellua veden pinnalla.
Viime aikoihin asti tutkijat onnistuivat luomaan näytteitä "metallipuusta" folion muodossa, joiden pinta-ala oli noin yksi neliösentti. Ja itse tällaisen materiaalin luomisprosessi on erittäin kallis. Jatkotutkimuksen tavoitteena on kuitenkin tehdä materiaalista halvempaa lisäämällä tuotantomääriä. Samanaikaisesti tutkijat tutkivat "metallipuun" ominaisuuksia ja sen käyttäytymistä äärimmäisen mekaanisen rasituksen vaikutuksesta.
Mainosvideo:
Tämän tekniikan toinen mielenkiintoinen potentiaali on, että metallirakenteen tyhjä tila voidaan täyttää toisella materiaalilla. Luonnollisesti nestemäisellä tai kiinteällä elektrolyytillä täytetystä metallirakenteesta voi tulla osa erittäin suurta akkua, joka voi antaa virtaa laitteelle, johon se on rakennettu, erittäin kauan.
