Godinama unazad inženjeri rade na razvoju materijala pod nazivom "metalno drvo" poboljšavajući mu svojstva i otklanjajući nedostatke. Istraživaći sa University of Pennsylvania - School of Engineering and Applied Science radeći na ovom materijalu došli su do saznanja da mu se korisna svojstva mogu pospešiti zahvaljujući ključnoj strukturnoj karakteristici njegovog prirodnog pandana: poroznosti. Metalno drvo, sa rešetkasnom strukturom od nikla na nano nivou, sastoji se od normalno raspoređenih pora veličine ćelija koje radikalno smanjuju njegovu gustinu bez žrtvovanja čvrstoće materijala.
Precizan razmak između ovih praznina ne samo da metalnom drvetu daje snagu titanijuma, već i jedinstvena optička svojstva. Budući da su razmaci između praznina iste veličine kao i talasne dužine vidljive svetlosti, svetlost koja se odbija od metalnog drveta ometa pojačavanje određenih boja. Poboljšane promene boja zavise od ugla odbijanja svetlosti od površine, i daju joj blistav izgled i potencijal da se koristi kao senzor.
Metalno drvo (foto: University of Pennsylvania)
Međutim, sada je rešen glavni problem koji sprečava proizvodnju metalnog drveta u smislenim veličinama. To se može postići uklanjanjem "obrnutih pukotina" koje nastaju tokom razvoja materijala. Ovo je defekt koji slične materijale muči već decenijama. Sprečavanje ovih nedostataka omogućava sastavljanje traka od metalnog drveta na površinama 20.000 puta većim nego što su bile ranije.
Oglas
Kada se pukotina formira unutar materijala, veze između njenih atoma se prekidaju, na kraju razdvajajući materijal. Suprotno tome, obrnuta pukotina predstavlja višak atoma. Kod metalnog drveta, obrnute pukotine ispunjene su niklom koji popunjava nanopore kritične za njegova jedinstvena svojstva. Ove vrste pukotina pravile su problem još od kraja 1990-ih, pa je jednostavan način njihovog uklanjanja dugo bio prepreka.
Ove obrnute pukotine proizlaze iz načina izrade metalnog drveta. Kreće se sa šablonom sfera na nano niovu, koje se slažu jedna na drugu. Kada se nikl položi preko šablona, on formira rešetkastu strukturu metalnog drveta oko sfera, koja se zatim može rastvoriti kako bi ostavila svoje označene pore. Međutim, ukoliko postoje mesta na kojima je narušen šablon slaganja sfera, nikl će popuniti te praznine, stvarajući obrnutu pukotinu kada se šablon ukloni.
Standardni način pravljenja ovih materijala počinje od rastvora nanočestica i isparavanja vode dok se čestice ne osuše i slože. Izazov je u tome što su površinske sile vode toliko jake da rasturaju čestice i stvaraju pukotine, baš poput pukotina koje nastaju u pesku kada se suši. Veoma je teško sprečiti nastanak ovih pukotina u strukturama koje se pokušavaju izgraditi, pa je shodno tome razvijena nova strategija. Ona omogućava da se čestice samostalno sastavljaju, a da šablon ostane vlažan. To sprečava pucanje filmova. Međutim, zbog vlažnosti čestica, one se moraju zaključati pomoću elektrostatičkih sila kako bi se mogle napuniti metalom.
Novi proizvodni pristup omogućava izradu poroznih metala koji su tri puta jači od prethodnih poroznih metala sa sličnom relativnom gustoćom i 1.000 puta veći od ostalih nanorešetki. U planu je da se ovi materijali koriste za izradu niza uređaja koji su do sada bili nezamislivi, a već se koriste kao membrane za odvajanje biomaterijala u dijagnostici karcinoma, zaštitnih obloga i fleksibilnih senzora.
