Как известно ещё со школьной скамьи, те материалы, которые человек использует в своём быту, всегда определяли и будут определять уровень его развития на конкретном этапе существования. Все ведь слышали о Каменном или Бронзовом веках, не правда ли? Это мы к тому клоним, что современный период, в котором мы имеем счастье существовать, точнее всего может быть охарактеризован как «Молекулярный век», уже подаривший, и ещё обещающий подарить человечеству немало революционных открытий.
И правда — современные учёные успешно научились контролировать и управлять различными веществами и на молекулярном, и даже на атомарном уровнях, что позволяет создавать новые, не существующие в естественной среде материалы, обладающие потрясающими качествами! Именно в этой сфере и грызёт гранит науки группа учёных из Технологического института Карлсруэ, во главе с Йенсом Бауэром.
Не так давно исследователи разработала и уже успели изготовить посредством технологии лазерной трёхмерной печати принципиально новую структуру, плотность которой уступает плотности воды.
При этом в плане прочности этот материал «даёт фору» многим сортам стали. По словам самого Бауэра, этот материал стал пусть и экспериментальным, но первым в своём роде практическим доказательством того, что подобные вещества могут существовать, как таковые, и что их можно производить и успешно использовать уже сегодня.
Суть открытия
Если обобщить все известные науке материалы, то их можно будет отобразить в виде условной диаграммы, в качестве осей которой будут их плотность и прочность. Взяв для сравнения среднюю точку оси Х, наделённую значением 1000 кг/м3 (этот показатель соответствует плотности воды), мы увидим, что все материалы, расположенные слева от этой точки, будут легче чем вода. При этом в природе существует не так уж и много плотных однородных материалов, чья плотность уступает плотности воды. Как правило, все такие вещества имеют пористую структуру — взять хотя бы дерево, костные ткани и др. И хотя при внешнем осмотре такие материалы и выглядят однородными, однако при их многократном увеличении мы отчётливо увидим, что состоят они из крошечных структур, разделённых полыми промежутками.
Благодаря проведению сложных расчётов и изготовлению компьютерных моделей, учёные уже давно знали о том, что можно создавать прочные и лёгкие материалы со сложной структурой, состоящей из микроскопических элементов не больших диаметра человеческого волоса.
Тем не менее, теория теорией, а практика практикой — до недавнего времени наука попросту не располагала нужными инструментами для воплощения таких материалов в реальность. Всё кардинально изменилось, когда стараниями немецкой компании Nanoscribe была создана высокоточная лазерная система, способная создавать микроструктуризированные материалы. В процессе печати система Nanoscribe орудует гелеобразным полимером, затвердевающим под воздействием лазерного луча, фокусируемого в нужной точке пространства. Принцип печати лазерного принтера разительно отличается от данного метода, но он ничуть ни хуже и не лучше. Разные технологии должна применяться в соответствующих случаях. Если у вас закончился картридж, наша компания готова предложить услуги по заправке картриджа Brother TN-1095. Все работы осуществляются с гарантией, быстро и качественно. Обращайтесь!
Впрочем, сугубо полимерные материалы, напечатанные посредством технологии Nanoscribe, оказались не такими прочными, как задумывалось, так что Бауэр & Co продолжили работать над его совершенствованием.
С помощью специальной технологии учёные решили нанести на поверхность новосозданного вещества 50-нанометровый слой корунда — кристаллического оксида алюминия.
Естественно, такой слой заметно увеличил степень плотности материала, однако последняя всё ещё остаётся немного ниже аналогичного показателя у воды. Как бы там ни было, новый материал без проблем выдерживает внешнюю нагрузку, равную давлению в 280 МПа, а такой прочностью не могут похвастаться даже некоторые сорта стали.
Нерешённые проблемы
Конечно же, описанная технология ещё имеет целый ряд ограничений, которые предстоит устранить в будущем. К примеру, система Nanoscribe в силах изготавливать объекты, чьи размеры не превышают несколько десятков микрон, и даже те установки, которые планируют создать в скором времени, не смогут сделать этот показатель выше нескольких миллиметров. То есть, ни о каком практическом применении новых материалов речь пока что не идёт. Впрочем, с учётом темпов развития современных технологий и систематического изобретения новых полимерных материалов, можно надеяться, что решение обозначенной проблемы уже не за горами. А уж тогда… Даже сложно себе представить, насколько такие материалы, вошедшие в широкий обиход, изменят мир вокруг нас!
