Metamateriale cu AI

Nu este inventie personala ci doar să aduc în atenție acest nou material pentru că orice noi materiale sau efecte, fenomene fizice sau chimice noi pot aduce noi inovații. 

Peter Serles, un cercetător de la Caltech, a realizat progrese semnificative în dezvoltarea de materiale ultraușoare și extrem de rezistente, care depășesc performanțele titanului. Aceste materiale sunt create prin proiectarea unor structuri tridimensionale la scară nanometrică, cunoscute sub numele de metamateriale mecanice.

Metamaterialele mecanice sunt structuri artificiale care își obțin proprietățile mecanice nu doar din compoziția chimică, ci și din arhitectura lor precisă la nivel nanometric. Prin utilizarea tehnicilor avansate de fabricație, precum litografia cu fascicul de electroni și polimerizarea cu doi fotoni, Serles și echipa sa au reușit să creeze rețele complexe de noduri și legături, formând structuri cu densități extrem de scăzute, dar cu o rezistență mecanică remarcabilă.

Un aspect esențial al acestor materiale este raportul lor excepțional între rezistență și greutate. De exemplu, unele dintre structurile dezvoltate de echipa lui Serles au o densitate de doar 1 mg/cm³, fiind de aproximativ 100 de ori mai ușoare decât polistirenul, dar cu o rezistență specifică mai mare decât cea a titanului. Aceasta înseamnă că, la aceeași greutate, aceste metamateriale pot suporta sarcini mai mari decât titanul.

Aceste descoperiri au implicații semnificative pentru diverse domenii, inclusiv în aeronautică, unde reducerea greutății componentelor fără a compromite rezistența este esențială, precum și în medicină, pentru dezvoltarea de implanturi mai ușoare și mai durabile. În plus, datorită proprietăților lor unice, aceste metamateriale ar putea fi utilizate în crearea de armuri avansate sau în dispozitive de protecție care necesită combinații specifice de ușurință și durabilitate.

Este important de menționat că, deși aceste materiale prezintă caracteristici remarcabile în condiții de laborator, provocările legate de producția la scară largă și de integrarea lor în aplicații practice rămân subiecte de cercetare activă. Cu toate acestea, munca lui Peter Serles și a colegilor săi deschide noi orizonturi în domeniul materialelor avansate, oferind perspective promițătoare pentru viitoarele inovații tehnologice.

Peter Serles și echipa sa de la Caltech au dezvoltat metamateriale mecanice cu structuri tridimensionale la scară nanometrică, utilizând diverse materiale de bază, inclusiv polimeri, metale și ceramice. Compoziția specifică a acestor metamateriale variază în funcție de materialul de bază utilizat și de metoda de fabricație aplicată.

În cazul utilizării polimerilor, echipa a folosit polimeri fotosensibili care pot fi solidificați prin expunerea la lumină, permițând crearea de structuri complexe prin polimerizare cu doi fotoni. Pentru metamaterialele metalice, s-au utilizat metale precum nichelul sau aurul, depuse prin tehnici de galvanizare pe structuri polimerice preexistente, urmate de îndepărtarea polimerului pentru a obține structuri metalice goale. În cazul metamaterialelor ceramice, s-au folosit materiale precum oxidul de aluminiu, depuse prin tehnici de depunere chimică în fază de vapori pe structuri polimerice, urmate de procese de sinterizare și îndepărtare a polimerului.

Aceste procese permit crearea de structuri cu densități extrem de scăzute și proprietăți mecanice remarcabile, depășind performanțele materialelor tradiționale precum titanul. Compoziția exactă și metodele de fabricație sunt adaptate în funcție de aplicațiile specifice și de proprietățile dorite ale metamaterialelor.

Peter Serles și echipa sa de la Caltech au utilizat tehnici avansate de fabricație aditivă pentru a crea metamateriale mecanice cu proprietăți remarcabile. Unul dintre procesele cheie folosite este fabricația ceramică bazată pe litografie (LCM), care permite producerea de piese ceramice de înaltă precizie și calitate superioară a suprafeței. Acest proces implică utilizarea de rășini fotosensibile încărcate cu pulberi ceramice, care sunt solidificate strat cu strat folosind o sursă de lumină cu o lungime de undă definită. După imprimare, piesele trec printr-un proces termic de debindere și sinterizare pentru a obține structuri ceramice dense și durabile. 

În ceea ce privește polimerii utilizați, echipa a folosit rășini fotopolimerizabile, care pot fi solidificate prin expunerea la lumină, permițând crearea de structuri complexe prin polimerizare cu doi fotoni. Aceste rășini sunt adesea compuse dintr-un amestec de monomeri și oligomeri fotosensibili, împreună cu fotoinițiatori care declanșează reacția de polimerizare sub acțiunea luminii.

Pentru materialele ceramice, echipa a utilizat pulberi de oxid de aluminiu (Al₂O₃) și dioxid de zirconiu (ZrO₂), cunoscute pentru duritatea și rezistența lor ridicată. Aceste pulberi sunt amestecate cu rășina fotopolimerizabilă pentru a crea un compozit care poate fi imprimat 3D. După imprimare, piesele compozite sunt supuse unui proces de debindere termică pentru a îndepărta componentele organice, urmat de sinterizare la temperaturi ridicate pentru a densifica structura ceramică.

Procesul de imprimare 3D utilizat de echipa lui Serles implică tehnici precum litografia cu fascicul de electroni și polimerizarea cu doi fotoni, care permit fabricarea de structuri cu rezoluție nanometrică și complexitate ridicată. Aceste metode permit controlul precis al arhitecturii materialului la scară nanometrică, ceea ce este esențial pentru obținerea proprietăților mecanice dorite în metamaterialele dezvoltate.

Prin combinarea acestor materiale și tehnici de fabricație avansate, echipa a reușit să creeze structuri cu densități extrem de scăzute și proprietăți mecanice remarcabile, depășind performanțele materialelor tradiționale precum titanul.