Caltech‘te geliştirilen yeni bir yöntem; ilk kez yapısı nanometre ölçeğinde (DNA çift sarmalının boyutu) tasarlanan büyük miktarlarda malzemelerin üretilmesini mümkün kılıyor.
Caltech Malzeme Bilimcisi Julia R. Greer tarafından öncülük edilen “nano-mimarileşmiş malzemeler” alışılmadık, genellikle şaşırtıcı özellikler sergiler. Örneğin, sıkıştırıldıktan sonra sünger gibi orijinal şekline geri dönen son derece hafif seramikler… Bu özellikler, ultra hassas dokunsal sensörlerden gelişmiş pillere kadar değişen uygulamalar için arzu edilebilir, ancak şimdiye kadar mühendisler; bunları çok sınırlı miktarlarda oluşturabildiler.
Yapısı böylesine küçük bir ölçekte tasarlanan bir malzeme oluşturmak için, yüksek hassasiyetli bir lazer ve özel olarak sentezlenmiş kimyasallar kullanan 3 boyutlu bir baskı işleminde nano-katman ile birleştirilmeleri gerekir. Bu özenli süreç; inşa edilebilecek toplam malzeme miktarını sınırlar.
Bu soruna çözüm için mühendis ekibi, nano ölçekte tasarlanan ancak hassas lazer montajına gerek kalmadan kendini toplayan bir malzeme geliştirdi. İlk kez, santimetreküp ölçeğinde nano-mimariye tabi tutulmuş bir malzeme örneği oluşturmayı başardılar.
Araştırmacı Carlos Portela: “Bir ayda bile bu kadar çok nanoyapılı malzemeyi yazdıramadık; bunun yerine birkaç saat içinde geliştirdik.”
Nanoyapılı Malzeme Küpü
Nano ölçekte; malzeme bir sünger gibi görünür, ancak aslında birbirine bağlı kavisli kabukların bir birleşimidir. Malzemenin yüksek sertlik ve mukavemet / ağırlık oranlarının anahtarı budur: Yumurta gibi düzgün kavisli ince kabuklarda, diğer benzer malzemelerde başarısızlığa yol açan genellikle zayıf noktalar olan köşeler yoktur. Bu, gerçekte kullanılan minimum malzeme ile benzersiz mekanik faydalar sağlar.
Test sırasında; malzemenin bir örneği bazı çelik formlarıyla karşılaştırılabilir mukavemet-yoğunluk oranlarına ulaşmayı başarırken, daha ince duvarlı konfigürasyonlar tekrarlanan sıkıştırmadan sonra ihmal edilebilir hasar ve geri kazanım sergiler.
Araştırmacılar tarafından sentezlenen benzer yoğunluklara sahip neredeyse tüm nano-mimariye sahip malzemelerden ölçülebilir derecede daha esnek olmasına rağmen; bu nano-labirentin malzemelerini özel kılan, kendilerini bir araya getirmeleridir.
Nano-mimari yapı şu şekilde çalışır: Çözülmeyen iki malzeme birbirine karıştırılarak düzensiz bir durum oluşturmak için harmanlanır. Karışımın ısıtılması; malzemeleri mevcut geometrinin yerine kilitlenmesi için polimerize eder. Daha sonra iki malzemeden biri çıkarılır ve nano ölçekli kabuklar bırakılır. Elde edilen gözenekli şablon daha sonra kaplanır ve daha sonra ikinci polimer çıkarılır. Geriye hafif nano kabuk ağı kalır.
İşlem aşırı hassasiyet gerektirir; yanlış ısıtılırsa, mikroyapı birlikte eriyecek veya çökecek ve birbirine bağlı kabuklara yol açmayacaktır. Ancak ilk kez ekip nano mimariyi büyütme potansiyelini görüyor.
Daha sonra ekip; mikroyapıyı dikkatlice kontrol etmek, nano kabuklar için malzeme seçeneklerini genişletmek ve daha büyük miktarlarda malzemenin üretimi için itmek için yolları keşfederek sürecin ayarlanabilirliğini ve çok yönlülüğünü genişletmeyi planlıyor.
