Nanostrukturētais materiāls pārspēj tēraudu un kevlaru, pateicoties precīzi izstrādātai mikroskopiskai ģeometrijai.
Kad mēs iedomājamies nākotnes tehnoloģiskos izaicinājumus, termodinamiskos reaktorus, kas spēj sasniegt ekstremālas temperatūras, vai kosmosa kuģus, kas ceļo atklātā kosmosā, neizbēgami rodas jautājums: no kādiem materiāliem mēs to visu būvēsim?
Tērauds un kevlars, kas gadu desmitiem bija izturības sinonīmi, sāk zaudēt savas īpašības, un tieši tāpēc, pēc starptautiskas pētnieku grupas domām, atbilde varētu slēpties sīkā jomā: nanoarhitektūrā .
Nākotne tiek veidota atoms pēc atoma.
Pētnieku grupa no Massachusetts Tehnoloģiju institūta, Kalifornijas Tehnoloģiju institūta un Cīrihes Tehnoloģiju institūta ir prezentējusi materiālu, kas apvieno divas reti sastopamas īpašības: no vienas puses, neparastu izturību, no otras puses — gandrīz nereālu vieglumu.
Sākotnējie testi liecina, ka tas pārspēj kevlaru un tēraudu, atverot iespējas izmantošanai visdažādākajās jomās, sākot no aizsargapģērba līdz pārklājumiem konstrukcijām, kas pakļautas ekstrēmiem apstākļiem.
Atšķirība ir konstrukcijā; pētnieki ir izveidojuši oglekļa nanostruktūras, kas, būdamas organizētas ar matemātisku precizitāti, veido sava veida mikroskopisku bruņas.
Rezultātā tiek iegūta struktūra tetradekaedra formā — četrpadsmitstūra daudzskaldņa, kas jau tika izmantots putuplastā, kas paredzēts enerģijas absorbcijai.
Bet šoreiz, pārnesot šo ģeometriju uz nanomērogu, ogleklis, kas parasti ir trausls, kļūst pārsteidzoši elastīgs.
Lai izveidotu šo miniatūro arhitektūru, zinātnieki izmantoja divu fotonu litogrāfijas metodi, kurā lāzers sacietina gaismjutīgu sveķu, un struktūra tiek veidota slānis pēc slāņa.
Tas ir kaut kas līdzīgs 3D drukai ar gaismas palīdzību, bet tūkstošiem reižu mazākā mērogā nekā cilvēka matu biezums.
Pēc materiāla izveides bija pienācis laiks pārbaudīt, vai tā izturība atbilst teorijai, un tieši tāpēc Kalifornijas Tehnoloģiju institūta laboratorijās to pakļāva supersoniskai bombardēšanai.
“Lielgabals” bija ātrdarbīgs lāzers, kas šķērsoja stikla plāksni, kas bija pārklāta ar zelta un silīcija oksīda mikrodalītiņām.
Lāzera staru trāpījuma rezultātā radās plazma, kas izkliedēja šīs dalītiņas ar ātrumu no četrdesmit līdz tūkstoš simts metriem sekundē.
Lai jums būtu priekšstats: skaņas ātrums ir apmēram 340 metri sekundē, bet šautenes lode var lidot no 600 līdz 1000 metriem.
Ātrgaitas kameras fiksēja, kā materiāls absorbēja triecienus, deformējoties un sabiezinoties tieši bojātajā zonā.
Un, lai gan pētījumi tika veikti ar paraugiem, kas plānāki par cilvēka matu, pētnieki izmantoja teorētisko modeli, ko izmanto meteorītu triecienu pētīšanai: Bekingemas II teorēmu.
Šis modelis ļauj mums prognozēt, kā materiāls uzvedīsies spēcīga trieciena gadījumā, apvienojot tādas mainīgās lielums kā lādiņa ātrums un virsmas pretestība.
Rezultāti sakrita ar pārsteidzošu precizitāti, un visdaudzsološākais aspekts ir tas, ka šī pieeja nav ierobežota ar vienu materiālu, jo tādu pašu analīzi var piemērot citām progresīvām nanokonstrukcijām, kas paredzētas darbībai ekstremālos apstākļos.
Nākotnē, kas, kā mums šķita, būs piepildīta ar termodinamiskajiem reaktoriem, kosmosa ceļojumiem un tehnoloģijām, kuras mēs vēl nevaram iedomāties, parādās šī nanobroņas, kas var kļūt par vienu no pīlāriem, kas to padara iespējamu.
