Πρωτοποριακά υλικά με το ίδιο βάρος και την πυκνότητα του aerogel (ενός υλικού τόσο ελαφριού που χαρακτηρίζεται «παγωμένος καπνός»), αλλά 10.000 φορές πιο άκαμπτα, τα οποία αναμένεται να φέρουν επανάσταση στην αεροδιαστημική βιομηχανία, την αυτοκινητοβιομηχανία και άλλους τομείς, ανέπτυξαν ερευνητές του Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) και του ΜΙΤ.
Η σχετική έρευνα δημοσιεύθηκε στο «Science», με τίτλο «Ultralight, Ultrastiff Mechanical Metamaterials». Στο δημοσίευμα περιγράφεται η ανάπτυξη μεταϋλικών μικρο-αρχιτεκτονικής (τεχνητά υλικά με ιδιότητες που δεν συναντώνται στη φύση) που διατηρούν ένα υψηλό επίπεδο ακαμψίας, ακόμα και σε χαμηλή πυκνότητα. Τέτοιου είδους υλικά θα μπορούσαν κάποια στιγμή να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη εξαρτημάτων και τμημάτων για αεροσκάφη, αυτοκίνητα και διαστημόπλοια.
Τα περισσότερα ελαφρά υλικά τέτοιου τύπου έχουν μηχανικές ιδιότητες οι οποίες υποβαθμίζονται όταν μειώνεται η πυκνότητά τους, επειδή τα δομικά τους στοιχεία λυγίζουν κάτω από την πίεση. Τα μεταϋλικά της ομάδας, ωστόσο, επιδεικνύουν πολύ υψηλή ακαμψία υπό πολύ «ακραίες» συνθήκες.
«Αυτά τα ελαφρά υλικά μπορούν να αντέξουν φορτία τουλάχιστον 160.000 φορές το βάρος τους» υποστηρίζει ο Ξιαογιού Ζενγκ, μηχανικός του LLNL και επικεφαλής συντάκτης της δημοσίευσης. «Κλειδί για αυτή την πολύ υψηλή ακαμψία είναι ότι όλα τα μικροδομικά στοιχεία του υλικού είναι σχεδιασμένα να δέχονται πολύ υψηλές πιέσεις και να μη λυγίζουν κάτω από το φορτίο».
Η διαδικασία παρασκευής περιλαμβάνει τη ρήση ενός micro-mirror display chip για τη δημιουργία τρισδιάστατων κομματιών υψηλής πιστότητας ένα «στρώμα» τη φορά από φωτοευαίσθητα υλικά- πρώτες ύλες. Η μέθοδος αυτή επέτρεψε στους ερευνητές να παράξουν γρήγορα υλικά με σύνθετες τρισδιάστατες γεωμετρίες σε μικροκλίμακα, που υπό κανονικές συνθήκες είναι πολύ δύσκολο ή αδύνατον να παραχθούν.
«Τώρα μπορούμε να εκτυπώσουμε ένα άκαμπτο και ανθεκτικό υλικό μέσω ενός desktop μηχανήματος. Αυτό μας επιτρέπει να φτιάξουμε γρήγορα πολλά κομμάτια – δείγματα και να δούμε πώς συμπεριφέρονται από μηχανικής άποψης» σημειώνει ο Νίκολας Φανγκ, καθηγητής του ΜΙΤ και ένας εκ των συντελεστών της έρευνας.
Η ομάδα ήταν σε θέση να φτιάξει μικροδομές από πολυμερή, μέταλλα και κεραμικά. Τα νέα αυτά υλικά ήταν 100 φορές πιο άκαμπτα σε σχέση με άλλα αντίστοιχα που έχουν παρουσιαστεί κατά καιρούς.
Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από την DARPA του αμερικανικού Πενταγώνου και το πρόγραμμα LDRD (Laboratory Directed Research and Development) του LLNL.
