Cercetătorii de la Institutul de Tehnologie din California au făcut progrese semnificative în domeniul imprimării 3D prin dezvoltare metodologie, care face posibilă crearea de nanostructuri metalice cu o dimensiune de numai 150 de nanometri, ceea ce este comparabil cu dimensiunea unui virus gripal. Aceste structuri au o rezistență de 3-5 ori mai mare decât cea a omologilor lor macroscopici. Descoperirea, publicată în revista Nano Letters, deschide noi perspective pentru dezvoltarea nanosenzorilor, schimbătoarelor de căldură și a altor dispozitive nanotehnologice.
Autorul principal al studiului, Wenxin Zhang, notează: „La nivel atomic, aceste nanomateriale au o microstructură foarte complexă”. La scară macroscopică, această dezordonare a atomilor ar duce la defecte semnificative, făcând materialele slabe și de calitate scăzută. Cu toate acestea, la nivel nano, această tulburare se transformă într-un avantaj, crescând rezistența materialului.
„De obicei, purtătorul deformării în nanoppilarii metalici este o dislocare sau forfecare – se propagă până când poate ajunge la suprafața exterioară. Dar în prezența porilor interni, propagarea se oprește rapid la suprafața porilor, mai degrabă decât să continue prin întreaga coloană. De regulă, este mai dificil să inițiezi un purtător de tulpină decât să îi permiti să se propagă, ceea ce explică de ce aceste coloane pot fi mai puternice decât omologii lor”, explică Zhang. Această proprietate face ca nanostructurile să fie neașteptat de puternice.
Tehnologia de creare a nanomaterialelor presupune lucrul cu un amestec fotosensibil care conține un hidrogel, care este apoi întărit cu un laser, creând un cadru 3D în forma obiectelor metalice dorite. În acest studiu, obiectele erau o serie de microcoloane și nanogrile. Apoi părțile de hidrogel sunt impregnate cu o soluție apoasă care conține ioni de nichel.
După ce au fost saturate cu ioni metalici, piesele sunt arse până când hidrogelul este complet ars, lăsând piesele în aceeași formă ca originalul, dar reduse în dimensiune și compuse în întregime din ioni metalici, acum oxidați (legați cu atomi de oxigen). În etapa finală, atomii de oxigen sunt îndepărtați chimic din părți, transformând oxidul metalic înapoi în forma sa metalică.
„În timpul acestui proces, toate procesele termice și cinetice au loc simultan și conduc la o microstructură foarte complexă. Vedeți defecte precum pori și nereguli în structura atomică, care sunt de obicei considerate defecte care reduc rezistența. Dacă ai construi ceva din oțel, cum ar fi un bloc motor, nu ai vrea să vezi acest tip de microstructură, deoarece ar slăbi materialul în mod semnificativ”, a spus Julia R. Greer, profesor de știința materialelor, mecanică și știința materialelor la Caltech. inginerie medicală și șef al laboratorului unde a fost efectuat studiul. . Cu toate acestea, în acest caz, aceste defecte, dimpotrivă, măresc rezistența materialului la nivel nano.
Procesul de imprimare 3D a structurilor metalice la scară nanometrică, a spus Greer, ar putea găsi aplicații în crearea unei varietăți de componente utile, inclusiv catalizatori pentru hidrogen, electrozi pentru stocarea amoniacului și a altor substanțe chimice fără carbon și părți importante ale dispozitivelor, cum ar fi senzorii. microroboți și schimbătoare de căldură
Această descoperire evidențiază proprietățile neobișnuite ale materiei la scară nanometrică și anunță o revoluție în crearea dispozitivelor nanotehnologice. „Fizica la nivel nano este cu adevărat ciudat și cu cât ne scufundăm mai adânc în această lume, cu atât mai des întâlnim legi neobișnuite”, conchide Zhang. Acesta este o reamintire a faptului că știința și tehnologia avansează în mod constant, deschizând noi oportunități pentru aplicarea nanomaterialelor în diverse domenii, de la medicină la explorarea spațiului.
Citeste si: