To, co udało się osiągnąć naukowcom z University of Pennsylvania, University of Illinois i University of Cambridge, wyróżnia się z ogólnego szeregu tym, że proces tworzenia strukturyzowanego materiału był kontrolowany na poziomie pojedynczych atomów. W efekcie uzyskano nowy materiał, zwany „metalowym drewnem”, który jest mocniejszy od tytanu, ale pięciokrotnie lżejszy od niklu, z którego jest faktycznie wykonany.
Sformułowanie „silniejszy niż tytan” jest z pewnością frazesem, ale w tym przypadku jest to najczystsza prawda.
Chociaż sam tytan mógłby być 10 razy mocniejszy, gdyby jego struktura była idealna. Sekret wytrzymałości nowego materiału widać w zwykłym drewnie. Czysta celuloza, która sama w sobie jest miękkim materiałem, uzyskuje dość dużą wytrzymałość po uformowaniu w strukturę drewna. A niektóre rodzaje sztucznych materiałów celulozowych są porównywalne pod względem wytrzymałości do nie najgorszej stali.
Nawiasem mówiąc, naukowcy, którzy stworzyli „metalowe drzewo”, nie dążyli do stworzenia tego konkretnego materiału, w trakcie swoich badań poszukiwali i opracowywali nowe metody tworzenia metalowej struktury porowatej, przypominającej strukturę drewna. W przeszłości do osiągnięcia tego efektu stosowano spienianie stopionego metalu lub druk 3D, zapewniając dokładność do kilkuset nanometrów. Obie metody mają jednak swoje wady, spieniając bardzo trudno jest uzyskać równomierny rozkład gęstości materiału, a proces druku 3D jest niezwykle powolny do zastosowania w produkcji przemysłowej.
Zgodnie z wcześniejszymi badaniami, zmniejszenie wielkości elementów konstrukcyjnych odgrywa kluczową rolę w zwiększaniu wytrzymałości materiału. Naukowcom udało się to osiągnąć, stosując nanocząsteczki z tworzywa sztucznego o wielkości kilkudziesięciu nanometrów, równomiernie wymieszane w wodzie. Gdy woda wyparowuje, te kuliste cząsteczki układają się w geometrycznie regularną strukturę, po czym galwanicznie osadza się na ich powierzchni warstwa niklu, która stopniowo wypełnia całą przestrzeń między cząstkami. Następnie plastik jest usuwany przez rozpuszczenie i pozostaje siatka z najdrobniejszych metalowych mostów. Współczynnik wypełnienia przestrzeni metalem nie przekracza 30 procent, pozostałe 70 procent przypada na pustkę, a to wystarczy, aby uzyskany materiał miał gęstość, która pozwala unosić się na powierzchni wody.
Do niedawna naukowcom udało się stworzyć próbki „metalowego drewna” w postaci folii o powierzchni około jednego centymetra kwadratowego. A sam proces tworzenia takiego materiału jest niezwykle kosztowny. Jednak dalsze badania mają na celu uczynienie materiału tańszym poprzez zwiększenie wielkości produkcji. Równolegle naukowcy badają właściwości „metalowego drewna” i jego zachowanie pod wpływem ekstremalnych naprężeń mechanicznych.
Film promocyjny:
Innym interesującym potencjałem tej technologii jest to, że pustą przestrzeń w metalowej konstrukcji można wypełnić innym materiałem. Naturalnie metalowa konstrukcja wypełniona płynnym lub stałym elektrolitem może stać się elementem bardzo dużej baterii akumulatorowej, która może zasilać urządzenie, w którym jest zbudowana, na bardzo długi czas.