Progettata la nanostruttura di carbonio "più forte dei diamanti".

Di University of California - Irvine14 aprile 2020

Con uno spessore delle pareti di circa 160 nanometri, una struttura nanoreticolare a cellule chiuse, basata su piastre, progettata dai ricercatori dell'UCI e di altre istituzioni è la prima verifica sperimentale che tali disposizioni raggiungono i limiti teorizzati di resistenza e rigidità nei materiali porosi. Crediti: Cameron Crook e Jens Bauer / UCI

I ricercatori dell’Università della California, Irvine e di altre istituzioni hanno progettato nanolattici a piastre – strutture di carbonio di dimensioni nanometriche – che sono più forti dei diamanti in termini di rapporto tra resistenza e densità.

In a recent study in Nature Communications<em>Nature Communications</em> is a peer-reviewed, open-access, multidisciplinary, scientific journal published by Nature Portfolio. It covers the natural sciences, including physics, biology, chemistry, medicine, and earth sciences. It began publishing in 2010 and has editorial offices in London, Berlin, New York City, and Shanghai. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Nature Communications, gli scienziati riferiscono di essere riusciti a concettualizzare e fabbricare il materiale, che consiste in piastre a celle chiuse strettamente collegate invece delle capriate cilindriche comuni in tali strutture negli ultimi decenni.

"I precedenti progetti basati su travi, sebbene di grande interesse, non erano stati così efficienti in termini di proprietà meccaniche", ha affermato l'autore corrispondente Jens Bauer, ricercatore dell'UCI in ingegneria meccanica e aerospaziale. "Questa nuova classe di nanoreticoli a piastre che abbiamo creato è notevolmente più forte e più rigida dei migliori nanoreticoli a trave."

Secondo lo studio, il progetto del team ha dimostrato di migliorare le prestazioni medie delle architetture basate su travi cilindriche fino al 639% in termini di resistenza e del 522% in termini di rigidità.

I membri del laboratorio dei materiali di Lorenzo Valdevit, professore di scienza e ingegneria dei materiali, nonché di ingegneria meccanica e aerospaziale dell'UCI, hanno verificato i loro risultati utilizzando un microscopio elettronico a scansione e altre tecnologie fornite dall'Irvine Materials Research Institute.

"Gli scienziati hanno previsto che i nanoreticoli disposti in un progetto basato su piastre sarebbero incredibilmente forti", ha affermato l'autore principale Cameron Crook, uno studente laureato dell'UCI in scienza e ingegneria dei materiali. "Ma la difficoltà nel produrre strutture in questo modo ha fatto sì che la teoria non fosse mai stata dimostrata, finché non siamo riusciti a realizzarla."

Bauer said the team's achievement rests on a complex 3D laser printing process called two-photonA photon is a particle of light. It is the basic unit of light and other electromagnetic radiation, and is responsible for the electromagnetic force, one of the four fundamental forces of nature. Photons have no mass, but they do have energy and momentum. They travel at the speed of light in a vacuum, and can have different wavelengths, which correspond to different colors of light. Photons can also have different energies, which correspond to different frequencies of light." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> polimerizzazione fotonica scrittura laser diretta. Quando un laser viene focalizzato all'interno di una goccia di resina liquida sensibile alla luce ultravioletta, il materiale diventa un polimero solido in cui le molecole vengono colpite contemporaneamente da due fotoni. Scansionando il laser o spostando il tavolino in tre dimensioni, la tecnica è in grado di riprodurre disposizioni periodiche di cellule, ciascuna costituita da gruppi di piastre sottili fino a 160 nanometri.

One of the group's innovations was to include tiny holes in the plates that could be used to remove excess resin from the finished material. As a final step, the lattices go through pyrolysis, in which they’re heated to 900 degrees CelsiusThe Celsius scale, also known as the centigrade scale, is a temperature scale named after the Swedish astronomer Anders Celsius. In the Celsius scale, 0 °C is the freezing point of water and 100 °C is the boiling point of water at 1 atm pressure." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"Celsius in a vacuum for one hour. According to Bauer, the end result is a cube-shaped lattice of glassy carbon that has the highest strength scientists ever thought possible for such a porous material./p>