"Металлическая древесина" прочна как титан и в пять раз легче

Ученые создали новый материал с атомной структурой, которая близка к идеальной. «Металлическая древесина» может преобразить множество производств, но для начала предстоит разработать технологию для ее массового производства.

Физические свойства металлов зависят от их атомной структуры. Например, благодаря особенностям атомной решетки титан прочнее и легче стали. Однако мелкие дефекты на этом уровне серьезно ограничивают прочность всего материала. Если бы каждый атом титана был идеально выровнен относительно соседних, этот металл был бы в десять раз прочнее.

Исследователи из Кембриджа, Пенсильванского университета и Иллинойского университета в Урбана-Шампейне решили претворить эту идею в жизнь — но на другом металле, никеле. В этом им помогла идея, позаимствованная в живой природе, сообщает Science Daily.

Команда вдохновлялась структурой древесины, в которой плотные участки чередуются с пористыми. Созданный ими материал имеет похожие свойства. Его плотные области имеют ширину около 10 нм, что соответствует 100 атомам никеля. Между ними расположены участки с воздушными полостями.

В итоге по плотности «металлическая древесина» напоминает настоящую, а по прочности не уступает титану. Но она в 4-5 раз легче.

Синтез нового материала начинается с множества крошечных пластиковых сфер диаметром в несколько сотен нм, которые помещают в емкость с водой. Когда вода испаряется, сферы оседают на дно, где упорядоченно укладываются подобно пушечным ядрам. Затем их заливают никелем и растворяют. В результате остается лишь пористая металлическая структура.

Исследователи получили кусочек «металлической древесины» площадью в один квадратный сантиметр. По расчетам ученых, в нем содержится около 1 млрд никелевых стоек.

Следующая задача команды — воспроизвести процесс в коммерческих масштабах. Ни один из необходимых для этого компонентов не относится к редким или дорогим, однако соответствующей инфраструктуры для синтеза «металлической древесины» пока не существует.

По мнению авторов работы, у нового материала большие перспективы. 70% объема «металлической древесины» составляет пустое пространство, которое можно заполнить материалами для накопления энергии или биологически активными соединениями.