Современные технологии строительства давно пришли к тому, что лёгкие каркасы зачастую оказываются гораздо эффективнее массивных элементов. Поэтому авторы исследования, опубликованного в издании PNAS, не изобрели ничего нового, если не считать того, что их конструкции имеют размеры в несколько микронов.

Учёные из Технологического института Карлсруэ (KIT) разработали уникальный лёгкий полимерный материал, который по прочности превосходит сталь и алюминий.

Как это часто бывает, исследователи искали вдохновение у природы. Они экспериментировали со структурами, повторяющими строение костей, древесных волокон и оболочек пчелиных сот.

Рис. 1. Испытание микроскопических кубиков под прессом (фото J.Bauer/KIT).

"Когда нужно выдержать большую нагрузку, природа постоянно использует открытые пористые структуры, без массивных конструкций. Примерами могут служить древесина или кости, — рассказывает в пресс-релизе соавтор исследования Оливер Крафт (Oliver Kraft).

С помощью технологии трёхмерной полимерной печати учёные создавали крошечные кубики, имеющие каркасную структуру в форме треугольников, шестигранников или фахверковой конструкции. Затем на материал с помощью газового напыления наносили покрытие из керамики или окиси алюминия толщиной от 10 до 200 нанометров.

Для проверки прочности кубики с разной структурой и напылением помещали под крошечный пресс и измеряли, какую нагрузку они могут выдержать.

В ходе испытаний оказалось, что

лучшие результаты демонстрируют сотовые структуры с горизонтальными, вертикальными и диагональными «распорками», как в знаменитых немецких фахверковых домах, с напылением окиси алюминия толщиной 50 нанометров.

Рис. 2. Кубик нового материала после испытаний на прочность (фото J.Bauer/KIT).

Такой материал выдерживал давление до 28 килограммов на квадратный миллиметр при плотности 810 килограммов на кубический метр. По соотношению плотности и прочности этот вариант превзошёл костную ткань, сталь и алюминий.

Как сообщается в пресс-релизе, подобные микроструктурированные материалы могут применяться для изоляции или в качестве фильтров в химической промышленности.