ลองนึกภาพวัสดุที่มีน้ำหนักและความหนาแน่นเท่ากันกับแอโรเจล ซึ่งเป็นวัสดุที่เบาจนเรียกว่า ‘ควันเยือกแข็ง’ แต่มีความแข็งมากกว่า 10,000 เท่า วัสดุนี้อาจส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่ออุตสาหกรรมการบินและอวกาศและยานยนต์ ตลอดจนการใช้งานอื่นๆ ที่ต้องการวัสดุที่มีน้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูง และความแข็งแรงสูงทีม MIT ที่ทำงานร่วมกับนักวิจัยที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Livermore ได้พัฒนา
วัสดุดังกล่าวที่มีคุณสมบัติที่ไม่พบในธรรมชาติ
ผลการวิจัยของทีมวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในบทความ 20 มิถุนายนในวารสาร Science ชื่อ “Ultralight, Ultrastiff Mechanical Metamaterials”วัสดุเทียมรักษาความแข็งเกือบคงที่ต่อหน่วยความหนาแน่นมวล แม้กระทั่งที่ความหนาแน่นต่ำมาก วัสดุที่มีคุณสมบัติเหล่านี้สามารถนำมาใช้ในการพัฒนาชิ้นส่วนและส่วนประกอบสำหรับเครื่องบิน รถยนต์ และยานอวกาศได้
วัสดุเซลลูลาร์ที่มีน้ำหนักเบาส่วนใหญ่มีคุณสมบัติ
ทางกลที่ลดลงอย่างมากด้วยความหนาแน่นที่ลดลง เนื่องจากองค์ประกอบโครงสร้างของพวกมันมีแนวโน้มที่จะโค้งงอภายใต้ภาระที่ใช้ อย่างไรก็ตาม metamaterials ของทีมแสดงคุณสมบัติของ ultrastiff ในความหนาแน่นมากกว่าสามระดับ”วัสดุน้ำหนักเบาเหล่านี้สามารถรับน้ำหนักได้อย่างน้อย 160,000 เท่า” วิศวกรของ LLNL Xiaoyu “Rayne” Zheng ผู้เขียนบทความ Science กล่าว “กุญแจสำคัญของ
ความแข็งสูงเป็นพิเศษนี้คือองค์ประกอบโครงสร้างจุลภาค
ทั้งหมดในวัสดุนี้ได้รับการออกแบบมาให้มีข้อจำกัดมากเกินไป และไม่โค้งงอภายใต้แรงกด”ผลการวิจัยของทีมวิจัยระบุว่าความแข็งสูงที่สังเกตพบนั้นเป็นความจริงด้วยวัสดุที่เป็นส่วนประกอบหลายอย่าง เช่น โพลีเมอร์ โลหะ และเซรามิกกระบวนการผลิตระดับไมโครสารเติมแต่งนี้สามารถสร้างชิ้นส่วน 3D ที่มีความเที่ยงตรงสูงได้ครั้งละหนึ่งชั้นจากวัสดุป้อนที่ไวต่อแสง ช่วยให้ทีมสร้างวัสดุได้อย่างรวดเร็วด้วยรูป
ทรง 3 มิติที่ซับซ้อนซึ่งเป็นสิ่งที่ท้าทาย
หรือในบางกรณีไม่สามารถประดิษฐ์ขึ้นได้”ตอนนี้เราสามารถพิมพ์วัสดุที่แข็งและยืดหยุ่นได้โดยใช้เครื่องเดสก์ท็อป” ศาสตราจารย์ MIT และผู้ทำงานร่วมกันคนสำคัญ Nicholas Fang กล่าว “สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถสร้างชิ้นงานตัวอย่างจำนวนมากได้อย่างรวดเร็ว และดูว่าพวกมันทำงานอย่างไรในเชิงกลไก”ทีมงานสามารถสร้าง microlattices จากพอลิเมอร์ โลหะ และเซรามิกได้
ตัวอย่างเช่น พวกเขาใช้พอลิเมอร์เป็นแม่แบบ
ในการผลิตไมโครแลตทิซ จากนั้นเคลือบด้วยฟิล์มโลหะบางซึ่งมีความหนาตั้งแต่ 200 ถึง 500 นาโนเมตร จากนั้นแกนโพลีเมอร์จะถูกลบออกด้วยความร้อน เหลือเพียงสตรัทโลหะแบบท่อกลวง ส่งผลให้วัสดุตาข่ายโลหะน้ำหนักเบามาก
Credit : น้ำเต้าปูปลา
