Verdens letteste materiale

Nytt materiale er hundre ganger lettere enn isopor. Samtidig er det sterkt, fleksibelt og kan absorbere mye energi.

Publisert
Dette nye materialet er for det meste luft, og så lett at det kan hvile på løvetannfluff. (Foto: Dan Little, HRL Laboratories LLC)
Dette nye materialet er for det meste luft, og så lett at det kan hvile på løvetannfluff. (Foto: Dan Little, HRL Laboratories LLC)

Det veier bare 0,9 milligram per kubikkcentimeter. Hele 99.99 prosent av det er luft.

Det er oppbygningen, eller arkitekturen til materialet som gir det så spesielle egenskaper.

Det er laget av et sprinkelverk av hule rør med vegger som er tusen ganger tynnere enn håret du har på hodet.

Tilfeldig struktur

Innen materialteknologi har man forsøkt flere strategier for å få superlette materialer med lav tetthet.

Slike materialer har nyttige egenskaper, for eksempel innen varmeisolering, akustikk-, vibrasjon- eller støtdemping, som batterielektroder og i katalysatorsystemer.

Aerogel bærer vekten av en murstein. (Foto: NASA)
Aerogel bærer vekten av en murstein. (Foto: NASA)

Men under 10 milligram per kubikkcentimeter finner vi bare noen få produkter, som aerogel eller metallskum.

Problemet er at alle disse materialene har blitt strukturert med en arkitektur av tilfeldige hull eller celler.

Dette gir materialene lav tetthet, men svekker de mekaniske egenskapene sammenlignet med det samme stoffet i tett form.

Kontrollerer strukturen

Forskerne bak det nye materialet har funnet frem til en metode for å kontrollere strukturen og lage veldig lette metalliske materialer med lav tetthet.

Det er basert på et sprinkel-rammeverk som beholder den samme stivheten, styrken, energiabsorbsjonen og ledeevne som materialet har i tett form.

Forskerne tok utgangspunkt i en flytende fotopolymer, det vil si et stoff som endrer egenskaper når det utsettes for lys.

De belyste stoffet med ultrafiolett lys gjennom en maske med et bestemt mønster.

Resultatet var et tredimensjonalt sprinkel-rammeverk, en form som forskerne kunne bygge materialet sitt på.

Hult sprinkelverk

De dekte dette polymer-rammeverket i en tynnfilm av nikkel og fosfor.

Deretter etset de vekk det opprinnelige polymer-rammeverket, slik at de endte opp med et hult sprinkelverk av nikkel-fosfor.

Tester viser at materialet spretter tilbake til sin opprinnelige form etter 50 prosent deformering.

Det har også en evne til å absorbere energi som kan sammenlignes med gummilignende materialer kalt elastomerer.

Arkitektur

Forskerne mener de ekstraordinære egenskapene skyldes materialets arkitektur på nano-, mikro- og millimeterskala.

William Carter ved University of California, Irvine i USA, sammenligner materialet med store og mer kjente byggverk:

- Moderne bygninger, for eksempel Eiffeltårnet eller Golden Gate Bridge, er utrolig vekt-effektive i kraft av arkitekturen, sier han i en pressemelding.

- Vi revolusjonerer lette materialer ved å bringe dette konseptet ned på nano- og mikroskalaen, sier Carter.

Materialet er utviklet i samarbeid med forskere fra California Institute of Technology, på oppdrag fra amerikanske Defense Advanced Research Projects Agency.

Referanse:

T.A. Schaedler, A.J. Jacobsen, A. Torrents, A.E. Sorensen, J. Lian, J.R. Greer, L. Valdevit og W.B. Carter; Ultralight Metallic Microlattices; Science; 18. November 2011; doi: 10.1126/science.1211649.