Kaliforniya Üniversitesi, Irvine (UCI) ve birkaç enstitüden bilim insanları, elmastan bile dayanıklı olan , tabaka-nanokafes mimarisinde nano-karbon yapılar üretmeyi başardı.
Nature Communications dergisinde yayınlanan araştırmada , daha önceleri denenen silindirik kiriş yapılarının aksine, kapalı hücre tabakaları kullanılarak dayanım arttırıldı.
“Önceleri yapılan kirişli tasarımlar ilgi çekse de, mekanik özellikler açısından pek etkili değillerdi. Fakat bu yeni tasarladığımız plaka-nanokafes yapıları, en iyi kiriş-nanokafeslerden bile çok daha güçlü ve sert oldu,” diyor UCI Makine ve Havacılık Mühendisliği’nden araştırma yazarı Jens Bauer.
Araştırmaya göre bu yeni tasarım, geleneksel silindir-kiriş tabanlı yapıların ortalama performansına kıyasla, % 639 dayanım ve %522 sertlik sağlıyor.
UCI malzeme bilimi ve mühendisliği ve makine ve havacılık mühendisliği olan Prof. Lorenzo Valdevit’in mimarlık malzemeleri laboratuvarı üyeleri de ,elde edilen bulguları taramalı mikroskobu ve diğer teknolojileri kullanarak doğrulamış oldu.
“Bilim insanları plaka-tabaka tasarımında hazırlanan nanokafeslerin çok dayanıklı olabileceğini tahmin ediyordu. Fakat bu yapıların üretim metotlarındaki zorluklar nedeniyle bugüne kadar kanıtlanamıyordu , ta ki biz başarana kadar,” diyor UCI malzeme bilimi ve mühendisliğinde yüksek lisans öğrencisi ve baş yazar, Cameron Crook.
Bauer ekibin bu başarıya ulaşması için, “iki fotonlu litografiyle doğrudan lazer yazma” adı verilen kompleks 3D lazer baskının kullandığını belirtiyor. UV duyarlı reçine katman, katman eklenerek materyal iki fotonun bulaştığı yerlerde katı polimer haline geliyor. Bu teknik sayesinde tekrarlanan hücreler,160 nm kalınlığında plakalar haline geliyor.
Daha da açıklamak gerekirse, UV duyarlı sıvı reçine damlacıkları lazerle odaklandığında, reçine moleküllerinin eş zamanlı olarak 2 fotonla vurulduğu yerlerde polimer sertleşiyor. Lazer taramasıyla veya üç boyutta hareket edilerek, hücrelerin periyodik olarak rendelemesiyle, 160 nanometre inceliğinde plakalar birleştiriyor.
Grubun en önemli inovasyonlarından biri de, plakalardaki küçük delikler sayesinde fazla reçinenin , bitmiş üründe uzaklaştırabilmeleridir. Son adımda kafesler piroliz prosesine tabi tutularak 900 0C’de 1 saat vakumlanıyor. Bauer elde edilen küp şeklindeki camsı karbonun, bilim insanlarının gözenekli bir madde için düşündüğü en yüksek dayanıma sahip olduğunu gösteriyor.
Araştırmacıların geliştirdiği bu nano yapısal malzemeler sayesinde havacılık ve uzay sanayinde büyük faydalar sağlanabilir. Dayanıklılık ve düşük-kütle yoğunluğu kombinasyonu uçak ve uzay gemisi performanslarını büyük ölçüde arttırabilir.
Çalışmanın diğer yardımcı yazarları UCI Makine ve Havacılık Mühendisliği’nde yüksek lisans öğrencisi Anna Guell Izard ve UC Santa Barbara ve Almanya’nın Martin Luther Üniversitesi Halle-Wittenberg’den araştırmacılardı.
Referans:
Cameron Crook et al. Plate-nanolattices at the theoretical limit of stiffness and strength, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-15434-2Journal information:Nature Communications
Kaynak : https://phys.org/news/2020-04-team-carbon-nanostructure-stronger-diamonds.html
