“Metalno drvo” čini nikl jačim od titanijuma

“Metalno drvo” čini nikl jačim od titanijuma

Osmišljena je nova tehnika koja se koristi za pretvaranje običnog metala u „metalno drvo" sa znatno unaprijeđenom razmjerom čvrstoće u odnosu na težinu. Manipulišući materijalima na atomskom nivou, naučnici sa University of Pennsylvania - School of Engineering and Applied Science, University of Illinois at Urbana–Champaign i University of Cambridge tvrde da su napravili ploču nikla koja je jaka kao titanijum ali i do pet puta lakša.

Reći za nešto da je jako kao čelik je kliše, ali je i istina. Čelik je toliko jak i pristupačan da je prosečnom čovjeku teško da se u toku dana ne susretne sa njim. Viđa se na mostovima, vozilima, građevinskim objektima i sl.

Međutim, čelik i drugi metali koje svakodnevno koristimo nisu ni približno tako jaki kao što bi mogli biti. Kristalna struktura čini metale poput čelika, aluminijuma i titanijuma jakim i fleksibilnim. Međutim, ova struktura je nesavršena, tako da sile koje djeluju na metale pod pritiskom uzrokuju klizanje atoma u njima i strukturu koja „pada“ daleko ispod teorijske granice snage metala. Titanijum bi na primjer bio 10 puta jači kada bi imao idealnu strukturu.

Jedan od načina da se ovo prevaziđe krije se u običnom drvetu. Čista celuloza, koja je glavni element drveta, je kašasta pulpa. Međutim, kada se formira u složenu strukturu drveta, ona postaje toliko jaka da drvo i komercijalni čelik imaju uporedivu snagu. Razlog zašto je čelik toliko jači je u tome što je mnogo gušći.

Nova studija koju je vodio James Pikul, vanredni profesor sa Department of Mechanical Engineering and Applied Mechanics at Penn Engineering, proučavao je nove načine da se metalu da porozna struktura koja daje snagu drvetu.

U prošlosti je to urađeno pronalaženjem načina da se rastopljeni metal pretvori u pjenu, ili korištenjem 3D štampanja sa preciznošću od stotinu nanometara da se malo po malo izgradi metal poput drveta. Problem je u tome što je metalna pjena sirova prema modernim inženjerskim standardima, dok je proces 3D štampanja spor i veoma teško ga je nadograditi u laboratorijskim uslovima.

„Razlog zbog kojeg ovo zovemo metalnim drvetom nije samo njegova gustoća, koja se odnosi na drvo, već i njegova ćelijska priroda”, rekao je Pikul. „Ćelijski materijali su porozni. Ako pogledate vlakna drveta, ono što vidite jesu dijelovi koji su debeli i gusti i napravljeni da drže strukturu sa jedne strane, i dijelovi koji su porozni i napravljeni da podrže biološke funkcije, kao što je transport do i od ćelije.

„Naša struktura je slična. Imamo područja koja su debela i gusta sa jakim metalnim podupiračima, i područja koja su porozna sa vazdušnim pukotinama. Upravo radimo sa dužinama gde se snaga podupirača približava teorijskom maksimumu.”

Sudeći prema istraživačima, ključ je bio da se pređe na mnogo manje nivoe kako bi se proizvelo mnogo veće povećanje snage. Ovo se postiže suspendovanjem plastičnih sfera širine nekoliko stotina nanometara u vodi koja isparava. Kako voda nestaje, sfere padaju u urednu geometrijsku, kristalnu šemu. Zatim se galvanizira tankim slojem hroma, a prostori između sfera se pune niklom. Plastika se tada rastvara, a ono što je ostaje je otvorena mreža metalnih podupirača sa 70% praznog prostora, što je čini dovoljno laganom da pluta u vodi.

metalno drvo 02

Metalno drvo (foto: University of Pennsylvania)

Do sada je ispitivani metal bio u obliku folija koje su otprilike bile oko kvadratnog centimetra. Ovo je veoma skup proces. Međutim, cilj je razviti infrastrukturu koja će omogućiti da se veće količine materijala proizvodu jeftinije putem ekonomije obima. Pored toga, tim treba da vidi kakva su svojstva metalnog drveta, npr. šta se dešava ukoliko biva udareno, da li se razbija ili udubljuje.

Još jedan zanimljiv potencijal tehnologije je da se prazan prostor u metalu može napuniti drugim materijalom. Dok se pore u drvetu koriste za držanje živih ćelija i transport vode i hranljivih materija, metalno drvo može biti ispunjeno materijalima koji bi se ponašali npr. kao baterije pa bi mogli da se koriste za proizvodnju stvari poput avionskog krila na sopstveni pogon.

Na temu energetska efikasnost u zgradarstvu