Наноконкурент металла

// // Исследования и разработки //

НаноструктураНанокомпозит оксида алюминия и полимера оказался прочен, как металл, но при этом значительно легче. Ученые включили крошечные пластинки оксида алюминия в полимер для получения легкого, эластичного и прочного материала. Результатом его применения могут стать долговечные протезы костей и зубов, легкие почти не изнашивающиеся детали автомобилей и самолетов, эластичные и прозрачные печатные платы и электронные элементы.

Пытаясь создать такой материал, ученые старались скопировать наноструктуры, наблюдаемые в природе. Раковины, кости, зубная эмаль – все эти материалы состоят из прочных микропластинок, находящихся в полимерной матрице, как кирпичи в растворе. Такая структура позволяет соединить гибкость полимера с прочностью керамики.

Исследователи из Мичиганского университета работали с керамополимерами, которые были исключительно прочны, но хрупки и ломались при деформации. По словам профессора Швейцарского технологического университета в Цюрихе Людвига Гуаукера, ведущего работу над полимерами с оксидом алюминия, их материал впятеро прочней разработанного мичиганской группой, и при этом более эластичен. Пленка композита прочна как алюминевая фольга, однако может растянуться на 25%, тогда как фольга рвется при растяжении на 2%.

Другим преимуществом нового материала является его вес. Материал вчетверо легче стали той же прочности. Он может стать заменой стекловолокну, используемому в автомобилестроении. Материал будет прочен не в одном измерении, как материалы на основе волокна, а во всех, в силу его структуры – распределенных в полимере микропластинок. Кроме того, новый материал полупрозрачен, что позволяет применить его в электронике. Из материала со сходными свойствами сделана упоминавшаяся нами трубка нового поколения.

Для производства материала исследователи  насыщают микропластинками этанол, который затем вливают в воду. Пластинки образуют слой на поверхности воды. Затем этот слой переносится на поверхность опускаемого в раствор стекла. Затем на него наносится слой полимера. Операция повторяется, пока толщина материала не достигает десятых долей миллиметра, и затем он снимается со стекла.

При разработке материала ученым помогло изучение механической структуры перламутра. В перламутре находятся пластинки, состоящие из карбоната кальция, располагающиеся слоями в белковом полимере.

Термин «металополимер» был впервые введен в обращение советским ученым Э.М. Натансоном, который получил первые подобные материалы в ходе химических опытов. В электролизную ванну вливались  две несмешивающиеся жидкости. Вверху — коллоидный раствор полимера, внизу — соль металла. На электроды подавался ток. Из нижнего слоя начали выделяться химически очень активные частицы чистого металла. Катод-диск, вращаясь, переносил их в верхний слой, где произошла реакция между полимером и поверхностью частиц. Каждая крупинка металла облепилась молекулами полимера.