Zespół badaczy z Caltech opracował nową technikę produkcji, która umożliwia drukowanie w 3D obiektów tysiąc razy mniejszych niż było to możliwe wcześniej. Korzystając z tej techniki, zespół był w stanie wydrukować obiekty metalowe o rozmiarze 150 nanometrów, porównywalnym do rozmiaru wirusa grypy. Chociaż rozmieszczenie atomów wewnątrz tych obiektów jest chaotyczne, co sprawia, że są one słabe na dużą skalę, na poziomie nanometrów stają się trzy- do pięciokrotnie silniejsze od struktur o podobnym rozmiarze z bardziej uporządkowanym rozmieszczeniem atomów.

Ta nieoczekiwana wytrzymałość wynika z obecności defektów i nieregularności w strukturze atomowej, które hamują propagację wad w materiale. Zespół badawczy uważa, że jest to jedno z pierwszych udokumentowanych przypadków druku 3D metalowych struktur na skalę nanometryczną, co otwiera możliwości tworzenia użytecznych komponentów, takich jak katalizatory, elektrody do przechowywania energii, sensory, mikroroboty i wymienniki ciepła.

Technika produkcji rozpoczyna się od fotosensybilnego hydrożelu, który selektywnie twardnieje za pomocą laserowego druku 3D, tworząc szkielet w kształcie pożądanych obiektów metalowych. Następnie części hydrożelowe są nasączane wodnym roztworem zawierającym jony niklu. Po tym hydrożel zostaje spalony, pozostawiając tylko części składające się całkowicie z utlenianych jonów metalicznych. W ostatnim kroku atomy tlenu są usuwane chemicznie, przekształcając powrót utlenionego metalu w jego pierwotną metaliczną formę.

Ten proces powoduje powstanie nieuporządkowanej mikrostruktury z defektami i nieregularnościami w rozmieszczeniu atomów, które zwykle uważane są za osłabiające dla materiałów. Jednak w przypadku metalowych obiektów o skali nanometrycznej, te defekty wzmacniają materiał. Propagacja wad nie może łatwo wystąpić pomiędzy granicami ziarna, a odkształcenie rozprowadza się bardziej równomiernie w całym materiale.

To zaskakujące odkrycie otwiera nowe możliwości dla badań inżynieryjnych i nauki materiałów, umożliwiając drukowanie 3D metalowych struktur na skalę nanometryczną.

Źródło: Badania Caltech.

Definicje:
– Nanometr: Jednostka miary używana do opisu odległości na skalę nanometrów. Jeden nanometr odpowiada miliardowej części metra.
– Hydrożel: Materiał polimerowy składający się głównie z wody, zdolny do zatrzymywania dużych ilości cieczy.