Was Wissenschaftler der University of Pennsylvania, der University of Illinois und der University of Cambridge geschafft haben, hebt sich von der allgemeinen Reihe dadurch ab, dass der Prozess der Erstellung eines strukturierten Materials auf der Ebene einzelner Atome gesteuert wurde. Als Ergebnis wurde ein neues Material erhalten, das "Metallholz" genannt wird und fester als Titan, aber fünfmal leichter als Nickel ist, aus dem es tatsächlich hergestellt wird.
Der Ausdruck "stärker als Titan" ist sicherlich ein Klischee, aber in diesem Fall ist es die reinste Wahrheit.
Obwohl Titan selbst zehnmal stärker sein könnte, wenn seine Struktur ideal wäre. Das Geheimnis der Stärke des neuen Materials liegt in gewöhnlichen Hölzern. Reine Cellulose, die selbst ein weiches Material ist, erhält eine ziemlich hohe Festigkeit, wenn sie zu einer Holzstruktur geformt wird. Und einige der Arten von künstlichen Cellulosematerialien sind in ihrer Festigkeit mit nicht dem schlechtesten Stahl vergleichbar.
Übrigens verfolgten die Wissenschaftler, die den „Metallbaum“schufen, nicht das Ziel, dieses spezielle Material herzustellen. Während ihrer Forschung suchten und entwickelten sie nach neuen Methoden, um eine poröse Metallstruktur zu schaffen, die der Struktur von Holz ähnelt. In der Vergangenheit wurde geschmolzenes Metall oder 3D-Druck verwendet, um diesen Effekt zu erzielen und eine Genauigkeit von mehreren hundert Nanometern bereitzustellen. Beide Verfahren haben jedoch ihre Nachteile: Durch Schäumen ist es sehr schwierig, eine gleichmäßige Verteilung der Materialdichte zu erreichen, und der 3D-Druckprozess ist für die industrielle Produktion äußerst langsam.
Nach früheren Studien spielt die Verringerung der Größe seiner Struktureinheiten eine Schlüsselrolle bei der Erhöhung der Festigkeit eines Materials. Dies gelang den Forschern durch die Verwendung von Kunststoff-Nanopartikeln mit einer Größe von mehreren zehn Nanometern, die gleichmäßig mit Wasser gemischt wurden. Wenn Wasser verdunstet, werden diese kugelförmigen Partikel in Form einer geometrisch regelmäßigen Struktur angeordnet, wonach eine Nickelschicht auf ihrer Oberfläche galvanisch abgeschieden wird, die allmählich den gesamten Raum zwischen den Partikeln ausfüllt. Danach wird der Kunststoff durch Auflösen entfernt und es verbleibt ein Netz feinster Metallbrücken. Der Füllfaktor des Raums mit Metall überschreitet 30 Prozent nicht, die restlichen 70 Prozent fallen auf den Hohlraum, und dies reicht aus, damit das resultierende Material eine Dichte aufweist, die es ihm ermöglicht, auf der Wasseroberfläche zu schwimmen.
Bis vor kurzem gelang es Wissenschaftlern, Proben von "Metallholz" in Form von Folie mit einer Fläche von etwa einem Quadratzentimeter herzustellen. Und der Prozess der Herstellung eines solchen Materials ist extrem teuer. Weitere Forschungen zielen jedoch darauf ab, das Material durch Erhöhung des Produktionsvolumens billiger zu machen. Parallel dazu untersuchen Wissenschaftler die Eigenschaften von "Metallholz" und sein Verhalten unter dem Einfluss extremer mechanischer Beanspruchung.
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Ein weiteres interessantes Potenzial dieser Technologie besteht darin, dass der leere Raum in der Metallstruktur mit einem anderen Material gefüllt werden kann. Natürlich kann eine mit einem flüssigen oder festen Elektrolyten gefüllte Metallstruktur zu einem Element einer sehr großen Speicherbatterie werden, die das Gerät, in dem sie eingebaut ist, sehr lange mit Strom versorgen kann.
