Учеными изобретены наноматериалы: легче воды, прочнее стали

Нанотехнологии продолжают удивлять нас своими инновационными решениями. Технология наносборки позволила ученым создать уникальный, похожий на кость материал, который легче воды и гораздо прочнее стали. Изобретенный наноматериал по своей характеристике не имеет аналогов в природе.

Разработчиками столь уникального шедевра стала команда сотрудников Технологического института Карлсруэ под руководством Йенса Бауэра. Работе ученых помогло компьютерное моделирование, которое определило, какая микроструктура должна быть у материала, чтобы обеспечить требуемые характеристики прочности и легкости. Также в работе помогла новейшая немецкая технология Nanoscribe, использующая сочетание 3D-печати и лазерной фотолитографии. Полученный материал легче воды, но превосходит по прочности все искусственные и природные материалы с плотностью до 1000 кг/м3, он способен выдержать нагрузку 280 МПа, поэтому по прочности идентичен некоторым маркам стали.

До настоящего времени возможность создания подобных материалов подвергалась большому сомнению, но ученым удалось доказать, что использование современных технологий позволяет проводить работы на наноуровне с достаточно высокой точностью и, продолжая работать в данном направлении, можно достичь новых высот в разработке инновационных материалов, обладающих уникальными свойствами.

К сожалению, о производстве массы полезных вещей, сделанных из новейшего материала, пока речь не идет, поскольку современные лабораторные условия позволяют создавать лишь малые фрагменты наноматериала размерами до нескольких миллиметров. Но есть все основания полагать, что стремительный прогресс в области лазерной техники, 3D-печати и создании новейших полимеров позволят в течение ближайших 5-10 лет начать производство новых уникальных материалов, которые будут востребованы как в изготовлении бытовых предметов, спортинвентаря, обуви и т.д., так и в производстве самолетов, космического оборудования и другой высокотехнологичной техники.

Разработка сверхпрочных, ультратонких и легких материалов не первый год занимает научное сообщество. Так, канадские исследователи из Университета Макгилла сообщают, что им удалось создать сверхпрочное стекло, которое от сильного удара может лишь немного помяться.

Идею повысить прочность стекла авторы позаимствовали у раковин морских моллюсков. Их раковины на 95% состоят из мела, который сам по себе очень хрупок. Но перламутр, которым выстелены внутренние поверхности этих раковин, придает им необычайную прочность. Перламутр состоит из микроскопических пластинок, немного напоминающих миниатюрные элементы «Лего». Ученые неоднократно пытались воссоздать такую структуру, но до сих пор у них ничего не получалось.

Канадская команда решила использовать то обстоятельство, что на краях этих микропластинок межмолекулярные связи ослаблены, и пошла по парадоксальному пути – не укрепляя, а, наоборот, растрескивая стекло. Они стали выгравировывать лазером на стеклянной поверхности сложную сеть трещин, чтобы создать такие же слабые границы, как и у перламутра. Испытания показали, что прочность стеклянных микропластинок возросла в 200 раз. Выгравированные микротрещины не позволяли новым распространяться по всей поверхности стекла и разрушить его. Затем лазерные трещинки были заполнены полиуретаном, это еще уменьшило стеклянную хрупкость: теперь материал реагирует на сильный удар лишь небольшим смятием.

Нанотехнологии широко применяются в сфере строительства. Конструкционные материалы поражают воображение своей прочностью, а сталь практически не подвергается процессу коррозии. Были проведены исследования, согласно которым выяснено, что срок службы зданий, построенных на основе нанотехнологических достижений, превышает в несколько раз срок службы самых прочных зданий двадцатого столетия. Например, в настоящее время строят здания, рассчитанные на вековой срок эксплуатации.

Необходимо отметить, что новые технологические разработки затронут не только качество зданий и сооружений, но и их конструктивные особенности. Станет реальностью возможность строить дома практически любых форм, которые сами смогут видоизменяться по требованию своих хозяев, а также менять температуру помещений.

В Китае уже производятся и используются специальные нанопокрытия, которые способны накапливать солнечную энергию, тем самым решая проблемы энергосбережения. Пленки с похожей технологией изготовления наносятся на стекла окон, усиливая освещение и уменьшая расходы электроэнергии.

Татьяна Сорокина, по материалам зарубежной прессы