Приведенное выше изображение металлической решетки, сидящей на головке одуванчика без единого пернатого пучка, может выглядеть как фотошоп. Но это не так. Это настоящая фотография одного из наиболее интересных событий в области материаловедения - металлическая «микрошарик», которая в 100 раз легче пенопласта.
«Это в основном воздух на 99, 9%», - говорит София Ян, исследователь из HRL Laboratories, где была изобретена микроструктура.
Чтобы сделать металлическую микросетку, ученые начинают с полимерной структуры. Эта структура создается путем излучения ультрафиолетового (УФ) света через фильтр на жидкий полимер. Процесс формирует упрочненную трехмерную структуру практически мгновенно. В зависимости от химического состава полимера полученная структура может быть мягкой или жесткой, легкой или тяжелой. Эти структуры из микролатрицы сами по себе имеют множество потенциальных применений - например, мягкая полимерная микрошарика может быть полезна для создания удобных, но чрезвычайно защитных велосипедных шлемов.
«Это почти как пена памяти», - говорит Ян.
Чтобы создать металлическую структуру на изображении одуванчика, полимерная структура покрыта чрезвычайно тонким слоем никеля - толщиной около 100 нанометров или в 1000 раз тоньше человеческого волоса. Затем химическое соединение используется для растворения полимера внутри никеля. В результате получается серия полых трубок.
Структура имитирует композицию костей, которые жесткие снаружи, но в основном полые внутри.
Исследователи из HRL работают над микроструктурой с 2007 года, когда был впервые создан процесс создания микролатрицы полимера. С тех пор Ян и другие работали над увеличением масштаба продукта - первая часть полимерной микроструктуры была размером около 1 на 1 дюйм, в то время как более поздние структуры были длиной до 5 футов - и разрабатывали дополнительные процессы, такие как металлизация,
Поскольку HRL является совместной собственностью Boeing и General Motors, исследователи сосредоточили свое внимание на аэрокосмических и автомобильных применениях для микрорешеток. По словам Янга, одним из наиболее многообещающих потенциальных применений может быть авиация, где различные части конструкции самолета могут быть построены из сверхлегкой металлической микролатрицы. Это может быть любая часть самолета, которая «должна быть легкой и в то же время конструктивно выдерживать нагрузку», - говорит Ян.
Это включает в себя пол самолета, потолок, камбуз, туалеты и многое другое. Эти конструкции обычно изготавливаются из сотовых сэндвич-панелей, сплошных листов материала «сэндвич», полых шестиугольных колонн, напоминающих сотовые. Сотовые сэндвич-панели широко используются благодаря своей прочности и легкому характеру. Но металлическая микросетка намного легче. Замена сотовых сэндвич-панелей на микрорешетки может значительно облегчить самолеты, а значит, им потребуется меньше топлива. Это имеет серьезные экологические и экономические преимущества. Тот же принцип может применяться к автомобилям и даже к космическим кораблям - недавно HRL привлекли к работе с НАСА над космическим ракетом-носителем следующего поколения, изготавливающим сверхлегкие панели для фюзеляжа корабля. Исследователи считают, что их материалы могут снизить вес автомобиля на 40 процентов.
«Легкие и многофункциональные материалы и конструкции являются одной из главных областей деятельности НАСА, способной оказать наибольшее влияние на будущие миссии НАСА в области исследований человека и роботов», - сказал Стив Юрчик, администратор Управления по космическим технологиям НАСА, в пресс-релизе НАСА. «Эти передовые технологии необходимы для того, чтобы мы могли запускать более прочные, но более легкие космические корабли и компоненты, когда мы собираемся исследовать астероид и в конечном итоге Марс».
Гораздо дальше вниз по течению металлическая микросетка может иметь медицинское применение. По словам Янга, крошечные трубки могут быть использованы в качестве искусственного легкого.
Дышать через тот же материал, который использовался для создания ракетных кораблей: теперь это жизнь в будущем.
