Gli scienziati hanno trovato un nuovo modo per strutturare il carbonio su scala nanometrica, creando una struttura che supera il diamante nel rapporto forza-densità.
Nonostante il fatto che la minuscola griglia di carbonio sia stata prodotta e testata in laboratorio, è ancora molto lontana dal suo utilizzo pratico. Ma questo nuovo approccio potrebbe aiutarci a creare materiali più resistenti e leggeri in futuro, il che è di grande interesse per settori come l'aerospaziale e l'aviazione.
Ciò di cui stiamo parlando qui è qualcosa noto come strutture nanolatiche: strutture porose come quella nell'immagine sopra, costituite da montanti in carbonio tridimensionali e parentesi graffe. Grazie alla loro struttura unica, sono incredibilmente resistenti e leggeri.
Di solito queste nanolattiche si basano su una struttura cilindrica (sono chiamate nanolatiche a fascio). Ma il team ha ora creato nanolatiche lamellari, strutture basate su minuscole lamelle.
Sulla base di esperimenti e calcoli, l'approccio lamellare promette un aumento del 639% della resistenza e un aumento del 522% della rigidità rispetto al metodo del raggio nanostrutturato.
Per testare definitivamente questi materiali in laboratorio, i ricercatori hanno utilizzato un sofisticato processo di stampa laser 3D chiamato polimerizzazione a due fotoni di scrittura laser diretta, che utilizza essenzialmente reazioni chimiche attentamente controllate all'interno di un raggio laser per incidere stampi su scala più piccola.
Utilizzando una resina liquida sensibile ai raggi UV, il processo emette fotoni sulla resina per trasformarla in un polimero solido di una forma specifica. Sono quindi necessari ulteriori passaggi per rimuovere la resina in eccesso e riscaldare la struttura per mantenerla in posizione.
Ciò che gli scienziati sono stati in grado di fare qui è in realtà avvicinarsi alla massima rigidità teorica e forza di questo tipo di materiale – i confini noti come i confini superiori di Khashin-Shtrikman e Suke.
Come confermato da un microscopio elettronico a scansione, questi sono i primi veri esperimenti per dimostrare che è possibile raggiungere i punti di forza teorici finali, anche se siamo ancora lontani dall'essere in grado di produrre questo materiale su scala più ampia.
In effetti, parte della forza del materiale risiede nelle sue piccole dimensioni: quando tali oggetti vengono compressi a 100 nanometri – mille volte meno dello spessore di un capello umano – i pori e le crepe in essi diventano sempre più piccoli, riducendo potenziali difetti.
Per quanto riguarda il modo in cui questi nanolattici possono essere utilizzati in ultima analisi, saranno sicuramente di interesse per l'industria aerospaziale: la combinazione di forza e bassa densità li rende ideali per aerei e veicoli spaziali.
La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications.
Fonti: Foto: (Cameron Crook e Jens Bauer / UCI)
