Metallisches Holz: Neues Material, das so stark wie Titan ist, aber fünfmal leichter

Metallisches Holz: Neues Material, das so stark wie Titan ist, aber fünfmal leichter

Metallic Wooden ist der Title eines neuen Supplies, das von Wissenschaftlern der Faculty of Engineering and Utilized Science der College of Pennsylvania, der College of Illinois at Urbana-Champaign, der College of Cambridge und der Center East Technical College in Ankara, Türkei, entwickelt wurde. Obwohl es kein neues Component ist und im Wesentlichen aus Nickel besteht, ist es dank seiner einzigartigen porösen Struktur, die natürlichen Materialien wie Holz ähnelt, vier- bis fünfmal leichter als Titan: daher der Title Metallic Wooden.

Die Studie wurde von James Pikul, Assistenzprofessor in der Abteilung für Maschinenbau und angewandte Mechanik bei Penn Engineering, geleitet. Hier ist, was er über dieses Materials zu sagen hatte:

Der Grund, warum wir es metallisches Holz nennen, ist nicht nur seine Dichte, die ungefähr der von Holz entspricht, sondern auch seine zellulare Natur. Zellstoffe sind porös; Wenn Sie sich die Holzmaserung ansehen, sehen Sie genau das – Teile, die dick und dicht sind und die Struktur halten, und Teile, die porös sind und biologische Funktionen wie den Transport zu und von Zellen unterstützen.

Unsere Struktur ist ähnlich. Wir haben dicke und dichte Bereiche mit starken Metallstreben und poröse Bereiche mit Luftspalten. Wir arbeiten nur auf Längenskalen, wo sich die Stärke der Streben dem theoretischen Most nähert.

Eines der Schlüsselelemente für ein so beeindruckendes Ergebnis ist, dass die Struktur des Supplies so perfekt wie möglich ist. Unvollkommenheiten in der Struktur machen viele Materialien wie Titan weniger fest und störanfälliger, als sie es bei einer perfekten Struktur sein könnten. Die Technologie zur Herstellung von Metallic Wooden ist ziemlich interessant. So wird es von Penn Engineering beschrieben:

Pikuls Methode beginnt mit winzigen Plastikkügelchen mit einem Durchmesser von einigen hundert Nanometern, die in Wasser suspendiert sind. Wenn das Wasser langsam verdunstet, setzen sich die Kugeln und stapeln sich wie Kanonenkugeln und bilden ein geordnetes, kristallines Gerüst. Durch Galvanisieren, dieselbe Technik, die eine dünne Chromschicht auf eine Radkappe aufbringt, infiltrieren die Forscher die Kunststoffkugeln dann mit Nickel. Sobald das Nickel an Ort und Stelle ist, werden die Kunststoffkugeln mit einem Lösungsmittel aufgelöst, wodurch ein offenes Netzwerk aus Metallstreben zurückbleibt.

3D-Rendering der Schritte zur Erstellung des Metallic Wooden. Nickel ist blau. Der letzte Schritt zeigt, dass andere Materialien (gelbe Farbe) über das Nickel aufgetragen werden können.

Die Streben im Metallic Wooden sind etwa 10 Nanometer breit (etwa 100 Nickelatome im Durchmesser). Penn Engineering gibt zu, dass Materialien mit einer solchen Struktur und Präzision zwar durch 3D-Druck hergestellt werden können, ihre Methode jedoch viel schneller und flexibler in Bezug auf die Skalierbarkeit ist. Die Eigenschaften und das Verhalten größerer Objekte aus diesem Materials müssen jedoch noch untersucht werden. Aktuell haben sie aus diesem Materials eine Folie hergestellt.

Metallische Holzfolie auf Kunststoffträger

Die Poren machen 70 % des Metallic-Holzes aus, wodurch seine Dichte der von Wasser nahekommt. Dieses Merkmal kann ermöglichen, dass das Materials schwimmt. Zusätzlich können die Poren mit anderen Materialien wie energiespeichernden Substanzen gefüllt werden. Letzteres würde es ermöglichen, verschiedene Geräte zu haben, deren Körper gleichzeitig als Batterien dienen. Ein weiterer potenzieller Vorteil dieses Supplies könnten seine Kosten sein, da es aus relativ billigem Nickel besteht. Das wäre natürlich möglich, wenn auch die Fertigungstechnik kostengünstig gestaltet wird.

Vom Standpunkt der Verteidigungs- und Schusswaffenindustrie aus kann ein solches Materials, wenn es in ausreichender Dicke hergestellt werden kann, die beanspruchten Eigenschaften erfüllt und zu angemessenen Kosten hergestellt werden kann, die Entwicklung einer Vielzahl revolutionärer neuer Produkte ermöglichen: Körper- und Fahrzeugpanzerung, klein Waffen, Projektile, unbemannte Fahrzeuge, Kampfflugzeuge, U-Boote … Sie nennen es. Lassen Sie uns in den Kommentaren wissen, was Ihrer Meinung nach mit Metallic Wooden gemacht werden kann?

Quellen:

„Das ‚Metallic Wooden’ von Penn Engineer hat die Festigkeit von Titan und die Dichte von Wasser“. (2019, 24. Januar). PennEngineering. Abgerufen von: https://medium.com/penn-engineering/penn-engineers-metallic-wood-has-the-strength-of-titanium-and-the-density-of-water-a8d8573c6bc

Die vollständige Studie ist auf der Web site von Nature Scientific Stories veröffentlicht.

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