Yllä oleva kuva voikukan päässä istuvasta metalliristikosta häiritsemättä yhtä höyhenistä kimppua voi näyttää Photoshoppedilta. Mutta se ei ole. Se on todellinen valokuva yhdestä mielenkiintoisimmista viimeaikaisen materiaalitieteen kehityksistä - metallisesta ”mikrohilasta”, joka on sata kertaa kevyempi kuin styroksi.
"Se on pohjimmiltaan 99, 9 prosenttia ilmasta", sanoo Sophia Yang, tutkija HRL Laboratories -sivustolla, jossa mikrohila keksittiin.
Metallin mikrohilan valmistamiseksi tutkijat aloittavat polymeerirakenteella. Tämä rakenne luodaan loistamalla ultraviolettivaloa (UV) valoa suodattimen läpi nestemäiselle polymeerille. Prosessi muodostaa kovetetun 3D-rakenteen melkein heti. Polymeerin kemiallisesta rakenteesta riippuen saatu rakenne voi olla pehmeä tai jäykkä, kevyt tai raskas. Näillä mikrohilarakenteilla on itsessään erilaisia potentiaalisia käyttötarkoituksia. Pehmeästä polymeerimikrosta voi olla hyötyä esimerkiksi mukavien, mutta erittäin suojaavien pyöräilykypärien luomisessa.
"Tuntuu melkein kuin muistivaahto", Yang sanoo.
Metallirakenteen luomiseksi voikukkakuvassa polymeerirakenne päällystetään erittäin ohuella nikkelikerroksella - noin 100 nanometriä paksu tai 1 000 kertaa ohuempi kuin ihmisen hiukset. Sitten käytetään kemiallista yhdistettä liuottamaan polymeeri nikkelin sisällä. Tuloksena on sarja onttoja putkia.
Rakenne jäljittelee luiden koostumusta, jotka ovat jäykkiä ulkopuolelta, mutta pääosin onttoja sisäpuolella.
HRL: n tutkijat ovat työskennelleet mikrohilan parissa vuodesta 2007, jolloin polymeerimikrohilan luomisprosessi luotiin. Yang ja muut ovat sittemmin työskennelleet tuotteen skaalaamiseksi - ensimmäisen polymeerimikrohilan pala oli noin 1 tuuma 1 tuumaa, kun taas uudemmat rakenteet ovat olleet jopa 5 jalkaa - ja kehittää lisäprosesseja, kuten metallin pinnoittamista. .
Koska HRL on Boeingin ja General Motorsin yhteisomistuksessa, tutkijat ovat keskittyneet ilmailu- ja autoteollisuuden sovelluksiin mikrohitsauksessa. Yang lupaavimmista potentiaalisista käyttötavoista voisi olla ilmailu, Yang sanoo, että lentokoneen rakenteen eri osat voitaisiin rakentaa ultrakevyestä metallimikrosta. Tämä voi olla mikä tahansa lentokoneen osa, jonka ”on oltava kevyt ja rakenteellisesti kestävä kuorma”, Yang sanoo.
Tähän sisältyy koneen lattia, katto, keittiön seinät, käymälän seinät ja paljon muuta. Nämä rakenteet valmistetaan tyypillisesti kennomaisista sandwich-paneeleista, kiinteistä materiaalilevyistä, jotka “kerrostavat” onttoja kuusikulmaisia pylväitä, jotka muistuttavat hunajakennoa. Hunajakennojen sandwich-paneeleja käytetään laajalti niiden lujuuden ja kevyen luonteensa vuoksi. Mutta metallimikrot ovat paljon kevyempiä. Hunajakennojen kerroslevyjen korvaaminen mikrohilalla voi tehdä lentokoneista huomattavasti kevyempiä, mikä tarkoittaa, että ne tarvitsevat vähemmän polttoainetta. Tällä on sekä taloudellisia että merkittäviä ympäristöetuja. Samaa periaatetta voitaisiin soveltaa autoihin ja jopa avaruusaluksiin - HRL: ää äskettäin ryhdyttiin työskentelemään NASA: n kanssa seuraavan sukupolven avaruusalustaan, valmistaen ultrakevyt paneelit ajoneuvon runkoon. Tutkijoiden arvion mukaan materiaalit voivat vähentää ajoneuvon painoa jopa 40 prosenttia.
"Kevyet ja monitoiminnalliset materiaalit ja rakenteet ovat yksi NASA: n painopistealueista, joilla voi olla suurin vaikutus tulevaisuuden NASA-tehtäviin ihmisten ja robottien etsinnässä", kertoi NASA: n avaruusteknologiaoperaation johtajan Steve Jurczyk NASA: n lehdistötiedotteessa. "Nämä edistykselliset tekniikat ovat välttämättömiä, jotta pystymme laskemaan voimakkaampia, mutta kevyempiä avaruusaluksia ja komponentteja etsiessämme tutkia asteroidia ja lopulta Marsia."
Melko tiellä, metallimikrohilalla voi olla lääketieteellistä käyttöä. Pieniä putkia voidaan käyttää keinotekoisena keuhkoina, Yang sanoo.
Hengitä saman materiaalin läpi, jota käytettiin rakettialusten rakentamiseen: nyt se on tulevaisuudessa elävä.
