С помощью 3D-принтера создан материал, который легче воды и обладает прочностью стали

    В Технологическом институте Карлсруэ создали новый композитный материал, плотность которого меньше плотности воды, а прочность на сжатие достигает 274 мегапаскалей, что сравнимо с магниевыми и алюминиевыми сплавами и некоторыми сортами стали. Прочность нового материала превышает прочность любых искусственных и естественных материалов, которые легче воды.



    Материал имеет ячеистую структуру. Его основу составляет напечатанная на 3D-принтере микроскопическая решётка. Печать в микромасштабах осуществляется по технологии двухфотонной литографии. Принтер фокусирует лазерный луч в толще полимерной смолы, которая мгновенно застывает в точке фокуса. Разрешение таких микропринтеров может достигать 100 нанометров. Распечатанная полимерная решётка сама по себе не очень прочна. Весь секрет нового материала в том, что после печати решётку покрывают тонким слоем оксида алюминия (корунда) — одного из самых прочных материалов, лишь немного уступающего алмазу. Хотя плотность корунда в четыре раза выше плотности воды, он занимает от 1% до 10% объёма получившейся структуры (в зависимости от толщины слоя).

    Учёные провели эксперименты с разными видами полимерных решёток и разной толщиной слоя оксида алюминия. Наибольшую прочность продемонстрировала структура в виде шестиугольных сот. При толщине корундового покрытия 50 нанометров прочность на сжатие составила 273,6 мегапаскалей при плотности 863 мг/см3. Наглядно сопоставить прочность и плотность нового материала по сравнению с другими можно на этой диаграмме:



    Статья с описанием технологии и экспериментальными данными есть в свободном доступе на pnas.org.

    Поделиться публикацией
    Комментарии 61
      0
      Не понятно, почему создание материала было невозможно без использования 3D принтеров.
      В заголовке статьи по ссылке «3D microarchitecture», откуда принтер?
        +5
        А как ещё создать ячеистую структуру определённой формы?
          +4
          Решётку делали с помощью вот этой штуки.
          +4
          плотности 863 г/см3
          я что-то непойму, или это все таки опечатка?
            +3
            Опечатка, кончено, там мг а не г. Исправил.
            +19
            одного из самых прочных материалов, лишь немного уступающего алмазу
            Facepalm. Прочность и твёрдость — совсем разные вещи.
              –5
              смотря в каком контексте употреблять. Как физическая характеристика — да, разные вещи. Просто как слова несущие смысл для обывателя — синонимы
                +12
                То есть вы хотите сказать, что кусок тонкого стекла — прочный, а какая-нибудь верёвка — твёрдая?
                  +2
                  У веревки выше ударная вязкость в первую очередь. И она же трещиностойкость.
                +5
                Это микроуровень иерархии. Плотность поверхностного слоя формирует общую мезопрочность элемента и в дальнейшем макропрочность конструкции.
                  +3
                  ух ты, гугл не знает такого слова: мезопрочность
                    0
                    Промежуточный уровень. Прочность периодической ячейки, получается.
                    Извините за неологизм, надеюсь, он вполне внятен и уместен. :)
                      0
                      да, при упоминании «иерархии» вполне внятно, мне остаётся только заполнить пробелы в образовании)
                0
                А что с массовым производством этого чуда? Стоимость там, возможность производить детали несколько больше лабораторных образцов?
                  +1
                  С поверхностной обработкой они молодцы, конечно.
                  Интересно, возможно к сферопластам даже вернуться получится.
                    +1
                    Ждём новые сверхпрочные макбуки?
                      +1
                      По цене Бионга, разве что.
                      +2
                      Ждем ноутбуки, которые не тонут!
                        0
                        И чехольчики для айфончика
                      –2
                      Преподаватель рассказывал байку, что покрытие из корунда — это изобретение какого-то из московских НИИ, и они его хотели, в частности, использовать как покрытие для цилиндров ДВС для повышения износостойкости. Пришли с этим к японским производителям мотоциклов — а те сказали, что им такое покрытие нафик не нужно, им нужно запчасти продавать.
                      Возможно, просто байка, но если кто-то может уточнить — было бы интересно.
                        +3
                        Конечно, байка, каких много. Есть способы извлечь много профита из повышения износостойкости даже если надо продавать запчасти. Не говоря уже о том, что на японских производителях мотоциклов свет клином не сошелся.
                          0
                          Нафик идти к японцам, когда у нас есть свое авиастроение и оборонка? Обе бы с руками оборвали возможность увеличения срока службы некоторых деталей в разы…
                          ЗЫ Кстати. рассказ — байка, так как производители автомобилей/мотоциклов сами запчасти не производят.
                            –1
                            Ну у движков для танков, если не ошибаюсь, ресурс не очень большой. Задача танков — «раскрыв рот шире приклада» как можно быстрее и глубже вклиниться в оборону противника. Т.е. нужна мошь, но не выносливость.
                            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                          +18
                          Наибольшую прочность продемонстрировала структура в виде шестиугольных сот.

                          Пчелы определенно что-то знают…
                            +11
                            Забавно, но пчелы (отдельно взятые особи) не знают решительно ничего — в смысле, каждая отдельная особь тупо лепит круглую соту.

                            Шестиугольность сот достигается за счет того факта, что большое число рядомстоящих пчел все скопом пытаются строить круглую соту, нагревают конструкцио в целом, и подплавленный воск на «стыках» постепенно деформируется, придавая отдельным ячейкам шестиугольную форму.

                            phys.org/news/2013-07-secrets-bee-honeycombs-revealed.html

                            Кстати, пчелы вообще могут вырабатывать незаурядное кол-во тепла. Некоторые виды даже убивают хищников с помощью тепла собственных тел.

                            Такие дела.
                              0
                              Выходит, что осы умнее, поскольку соты у них бумажные, и тоже шестиугольные.
                                +1
                                Принцип тот же самый, но соты, кстати говоря, уже не такие ровные.
                                  0
                                  У ос любопытный наблюдатель даже может сам увидеть круглые соты.

                                  Когда колония еще молодая, растаптывать круглые соты в шестиугольники не получается, поэтому самые первые соты в истории отдельного гнезда выходят круглыми.

                                  А поскольку осы не так застенчивы как пчелы, это можно наблюдать воочию.

                                  Кстати некоторые бумажные осы строят прямо-таки с олигархическим размахом
                            +3
                            Одному мне при чтении мерещились мегапиксели?
                              0
                              Тоже самое
                              Еще подумал че к чему, где логика :)
                              +3
                              Родной университет :)
                              Знакомые профессора.
                                –22
                                Это все конечно хорошо, но становиться немного не по себе от мысли, что можно будет печатать оружие к примеру
                                Причем, которое уже не развалиться через 5-10 выстрелов
                                Согласен, любую вещь можно использовать во благо или во вред
                                Но теперь все намного упрощаеться :(
                                  +1
                                  У меня хоть и есть 3D принтер, все-же я слабо вижу перспективу завладения описываемым устройством в обозримом будущем.
                                    +59
                                    Обработка камня
                                    Это все конечно хорошо, но становиться немного не по себе от мысли, что можно будет создавать оружие к примеру
                                    Причем, которое уже не развалиться через 5-10 ударов
                                    Согласен, любую вещь можно использовать во благо или во вред
                                    Но теперь все намного упрощаеться :(

                                    Разведение огня
                                    Это все конечно хорошо, но становиться немного не по себе от мысли, что можно будет делать огненные дубины к примеру
                                    Причем, которые уже можно снова зажечь через 5-10 ударов
                                    Согласен, любую вещь можно использовать во благо или во вред
                                    Но теперь все намного упрощаеться :(

                                    Лук и стрелы
                                    Это все конечно хорошо, но становиться немного не по себе от мысли, что можно будет охотиться на людей к примеру
                                    Причем, луки уже не развалятся через 5-10 выстрелов
                                    Согласен, любую вещь можно использовать во благо или во вред
                                    Но теперь все намного упрощаеться :(

                                    Обработка металла
                                    Это все конечно хорошо, но становиться немного не по себе от мысли, что можно будет ковать оружие к примеру
                                    Причем, которое уже не развалится через 5-10 ударов
                                    Согласен, любую вещь можно использовать во благо или во вред
                                    Но теперь все намного упрощаеться :(

                                    Нефть
                                    Это все конечно хорошо, но становиться немного не по себе от мысли, что можно будет делать огненные смеси к примеру
                                    Причем, которые уже не потухнут через 5-10 минут
                                    Согласен, любую вещь можно использовать во благо или во вред
                                    Но теперь все намного упрощаеться :(

                                    Взрывчатые вещества
                                    Это все конечно хорошо, но становиться немного не по себе от мысли, что можно будет создавать гранаты к примеру
                                    Причем, которые уже не взорвуться в повозке через 5-10 километров
                                    Согласен, любую вещь можно использовать во благо или во вред
                                    Но теперь все намного упрощаеться :(

                                    Паровой двигатель
                                    Это все конечно хорошо, но становиться немного не по себе от мысли, что можно будет создавать тяжёловооружённые повозки к примеру
                                    Причем, которое уже не разваляться через 5-10 километров
                                    Согласен, любую вещь можно использовать во благо или во вред
                                    Но теперь все намного упрощаеться :(

                                    Ракетостроение
                                    Это все конечно хорошо, но становиться немного не по себе от мысли, что можно будет делать начинённые взрывчаткой ракеты к примеру
                                    Причем, которые уже не разваляться через 5-10 километров полёта
                                    Согласен, любую вещь можно использовать во благо или во вред
                                    Но теперь все намного упрощаеться :(

                                    Атомная энергия
                                    Это все конечно хорошо, но становиться немного не по себе от мысли, что можно будет собирать ядерное оружие к примеру
                                    Причем, которое уже выжжет всё в радиусе 5-10 километров к примеру
                                    Согласен, любую вещь можно использовать во благо или во вред
                                    Но теперь все намного упрощаеться :(

                                    Компьютеры
                                    Это все конечно хорошо, но становиться немного не по себе от мысли, что однажды они восстанут к примеру
                                    Причем, которое уже развалит человечество за 5-10 лет
                                    Согласен, любую вещь можно использовать во благо или во вред
                                    Но теперь все намного упрощаеться :(

                                    Ошибки тщательно сохранены.
                                      –8
                                      Даже не знаю как вам ответить
                                      Любую вещь можно довести до состояния абсурда
                                      Я ничего не имею против 3D принтеров, но привык видеть вещи в их различных вариациях
                                      И хороших и плохих
                                        +9
                                        Почему же «абсурд»? Эти вещи люди реально говорили, и люди же использовали одни и те же инновации по-разному. И, смотрите-ка, не поубивали друг друга!
                                        Непонятно, почему от упрощения процесса создания оружия вам становится немного не по себе. Вот у меня на столе лежит шариковая ручка, если её схватить и проткнуть горло коллеге, то здоровье у него станет совсем не то. Более того, на кухне ножи.
                                        Почему же не кидаюсь на коллегу с ножом? Потому что не напечатал себе пушку. Это вообще единственное что удерживает нас всех от финального массакра. Не отсутствие каких-либо мотивов это делать, нет, а именно ненадёжные на данный момент огнестрелы из 3D принтеров.
                                          0
                                          Любительские 3д принтеры ой как не скоро научатся печатать в разрешении сотни нанометров. Так что можете спать спокойно
                                          +5
                                          Спасибо, вы четко выразили мою мысль, я бы так не смог.
                                          +12
                                          Оружие уже сейчас можно изготовить гораздо проще и быстрее, нежели печатая его на 3D-принтере. Надеюсь, я не очень усилил вашу фобию.
                                            +1
                                            Во-во… Древко, труба, многоспичек, проволока — Поджиг {%скоканадо%} мм
                                              0
                                              гвозди.
                                                0
                                                Чорт! Забыл. Но вообще, это расходники. Собственно, как и спички.
                                            +3
                                            Убивает не оружие. Убивает человек.
                                            Чтобы у меня в руке появилось орудие убийства, мне не нужен 3D принтер.
                                              –4
                                              Так же однобоко, как и заявления тридэпринтерофобов.
                                              Убивает не человек. И не оружие. Убивает а) человек б) с оружием. (В реальной жизни) нужны двое.

                                              Если довести до крайности идею всеобщей доступности оружия, можно представить что началось бы, заимей каждый человек возможность мгновенно убивать соседа лишь силой мысли. Вот вроде и «не оружие убивает», а начался бы ад.
                                                0
                                                > заимей каждый человек возможность мгновенно убивать соседа лишь силой мысли.

                                                В принципе сейчас это так и есть. Подавляющему большинству людей ничего кроме отсутствия желания убить соседа не мешает. Но соседи живы.
                                              +2
                                              Знаете, в пору моего босоногого детства, из газовой трубы и патрона получался вполне себе бравный однозарядный огнестрел (руки как ни странно никому не поотрывало… газовые трубы — очень трубы, полагаю)
                                                +1
                                                Соседские хулиганы во времена детства делали самострелы из стальных трубок, досок и напильника до изобретения 3Д принтеров.
                                                  +3
                                                  А жить вообще страшно. Могут убить.
                                                    +2
                                                    Например, кинет 3D принтером на голову.
                                                  +7
                                                  Интересно, а как они этот оксид алюминия на полимер наносят? Он же только очень прочный, но и чрезвычайно тугоплавкий. Может сначала алюминий напыляют, а потом окисляют?
                                                    0
                                                    Как я помню из курса физики/химии, алюминий сам прекрасно окисляется, чуть не мгновенно на воздухе.
                                                      0
                                                      Не совсем верно. Алюминий образует очень прочную оксидную пленку на поверхности при окислении и дальше уже не окисляется, если не удалять пленку. Другое дело наночастицы.
                                                        0
                                                        Не мгновенно, но довольно быстро. Если просто напылять поликристаллический алюминий, корунд не получится, а получится хрупкая неведомая фигня, рассыпающаяся гранулами алюминия, покрытого оксидом.
                                                          0
                                                          Спасибо, буду знать.
                                                      0
                                                      Я так понимаю, это применимо для печатания искусственных костей? Интересно, а можно ли заселить такие кости клетками костного мозга, учитывая пористую структуру материала?
                                                        0
                                                        Можно, но насколько я знаю, пересадка костного мозга — слишком рисковое мероприятие. Если у пациента еще остался свой рабочий костный мозг, рисковать не имеет смысла.
                                                          0
                                                          Я имел в виду пересадить клетки костного мозга самого пациента. Ну, например, чтобы можно было заменить тазовую кость и не потерять кроветворной функции. Или это не имеет смысла?
                                                            0
                                                            Очень может быть, что я пудрю вам мозги (так как сам ничего не знаю), но по-моему особого смысла нет: потеря части костного мозга не такая уж большая проблема (проблема если его вообще не осталось). Как-то же живут вообще без ног?

                                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                      Самое читаемое