Wat wetenschappers van de University of Pennsylvania, de University of Illinois en de University of Cambridge hebben weten te bereiken, onderscheidt zich van de algemene rij doordat het proces van het creëren van een gestructureerd materiaal werd gecontroleerd op het niveau van individuele atomen. En als resultaat werd een nieuw materiaal verkregen, "metaalhout" genaamd, dat sterker is dan titanium, maar vijf keer lichter dan nikkel, waarvan het eigenlijk is gemaakt.
De uitdrukking "sterker dan titanium" is zeker een cliché, maar in dit geval is het de puurste waarheid.
Hoewel titanium zelf 10 keer sterker zou kunnen zijn, als de structuur ideaal was. Het geheim van de sterkte van het nieuwe materiaal is te zien in gewoon hout. Pure cellulose, dat zelf een zacht materiaal is, verkrijgt een vrij hoge sterkte wanneer het tot een houtstructuur wordt gevormd. En sommige soorten kunstmatige cellulosematerialen zijn qua sterkte vergelijkbaar met niet het slechtste staal.
Trouwens, de wetenschappers die de "metalen boom" creëerden, streefden niet het doel na om dit specifieke materiaal te creëren: tijdens hun onderzoek waren ze op zoek naar nieuwe methoden om een poreuze metalen structuur te creëren die op de structuur van hout leek. In het verleden is gesmolten metaalschuim of 3D-printen gebruikt om dit effect te bereiken, met een nauwkeurigheid van enkele honderden nanometers. Beide methoden hebben echter hun nadelen: door schuimen is het erg moeilijk om een uniforme dichtheidsverdeling van het materiaal te bereiken, en het 3D-printproces is extreem traag voor gebruik in industriële productie.
Volgens eerdere studies speelt het verkleinen van de structurele eenheden een sleutelrol bij het vergroten van de sterkte van een materiaal. Dat lukte de onderzoekers door plastic nanodeeltjes van enkele tientallen nanometers groot, gelijkmatig in water te mengen. Wanneer water verdampt, worden deze bolvormige deeltjes geordend in de vorm van een geometrisch regelmatige structuur, waarna een laag nikkel galvanisch wordt afgezet op hun oppervlak, die geleidelijk de gehele ruimte tussen de deeltjes vult. Daarna wordt het plastic verwijderd door het op te lossen en blijft een gaas van de fijnste metalen bruggen over. De vulfactor van de ruimte met metaal is niet meer dan 30 procent, de resterende 70 procent valt op de leegte, en dit is voldoende om het resulterende materiaal een dichtheid te geven waardoor het op het wateroppervlak kan drijven.
Tot voor kort slaagden wetenschappers erin om stalen van "metaalhout" te maken in de vorm van folie, met een oppervlakte van ongeveer een vierkante centimeter. En juist het maken van een dergelijk materiaal is buitengewoon duur. Verder onderzoek is er echter op gericht om het materiaal goedkoper te maken door productievolumes te vergroten. Parallel hiermee onderzoeken wetenschappers de eigenschappen van "metaalhout" en zijn gedrag onder invloed van extreme mechanische belasting.
Promotie video:
Een ander interessant potentieel van deze technologie is dat de lege ruimte in de metalen structuur gevuld kan worden met een ander materiaal. Vanzelfsprekend kan een metalen structuur gevuld met een vloeibare of vaste elektrolyt een onderdeel worden van een zeer grote opslagbatterij, die het apparaat waarin deze is gebouwd gedurende zeer lange tijd van stroom kan voorzien.
