Billedet ovenfor af et metalnet, der sidder på hovedet af en mælkebøtte uden at forstyrre en enkelt fjedert tuft, kan se ud til at være Photoshopped. Men det er det ikke. Det er et rigtigt fotografi af en af de mere interessante udviklinger inden for nyere materialevidenskab - et metal “mikrolys”, der er 100 gange lettere end Styrofoam.
”Det er dybest set 99, 9 procent luft, ” siger Sophia Yang, en forsker på HRL Laboratories, hvor mikrolatten blev opfundet.
For at fremstille metalmikrolysen begynder forskere med en polymerstruktur. Denne struktur oprettes ved at skinne ultraviolet (UV) lys gennem et filter på flydende polymer. Processen danner en hærdet 3D-struktur næsten øjeblikkeligt. Afhængig af den kemiske sammensætning af polymeren, kan den resulterende struktur være blød eller stiv, let eller tung. Disse mikrolattikestrukturer har forskellige potentielle anvendelser i sig selv - en blød polymermikrolattice kan være nyttig til at skabe komfortable, men ekstremt beskyttende cykelhjelme, for eksempel.
”Det føles næsten som hukommelseskum, ” siger Yang.
For at skabe metalstrukturen i mælkebøttebilledet er en polymerstruktur belagt med et ekstremt tyndt lag af nikkel - cirka 100 nanometer tykt, eller 1.000 gange tyndere end et menneskehår. Derefter anvendes en kemisk forbindelse til at opløse polymeren inde i nikkel. Resultatet er en række hule rør.
Strukturen efterligner sammensætningen af knogler, der er stive på ydersiden, men for det meste hule på indersiden.
Forskere ved HRL har arbejdet med mikrolattice siden 2007, hvor processen til oprettelse af polymermikrolattice først blev oprettet. Yang og andre har siden arbejdet med at opskalere produktet - det første stykke polymermikrolys var ca. 1 tomme x 1 tomme, mens nyere strukturer har været så langt som 5 meter - og udvikler yderligere processer, såsom metalbelægningen .
Da HRL ejes i fællesskab af Boeing og General Motors, har forskere fokuseret på rumfarts- og bilindustrien til mikrolattice. En af de mest lovende potentielle anvendelser kunne være inden for luftfart, siger Yang, hvor forskellige dele af et flys struktur kunne bygges fra det ultralette metalmikrolys. Dette kan være enhver del af flyet, der "skal være let og alligevel strukturelt tåle en belastning, " siger Yang.
Dette inkluderer et flys gulv, loft, bysevægge, toiletvægge med mere. Disse strukturer er typisk fremstillet af honningkam-sandwichpaneler, faste lag af materiale "sandwiching" hule hexagonale søjler, der ligner honningkage. Honeycomb-sandwichpaneler bruges meget til deres styrke og lette karakter. Men metalmikrolys er langt lettere. Udskiftning af honeycomb-sandwichpaneler med mikrolyse kan gøre fly betydeligt lettere, hvilket betyder, at de har brug for mindre brændstof. Dette har store miljømæssige fordele såvel som økonomiske fordele. Det samme princip kunne gælde for biler og endda for rumskibe - HRL blev for nylig udnyttet til at arbejde med NASA på den næste generation af rumfartøjskøretøjet, der fremstiller ultralette paneler til køretøjets skrok. Forskere vurderer, at deres materialer kan reducere køretøjets vægt med op til 40 procent.
"Letvægts- og multifunktionelle materialer og strukturer er et af NASAs største fokusområder, der er i stand til at have størst indflydelse på fremtidige NASA-missioner inden for menneskelig og robotudforskning, " sagde Steve Jurczyk, en administrator af NASAs direktorat for rumteknologimission, i en NASA-pressemeddelelse. "Disse avancerede teknologier er nødvendige for, at vi kan lancere stærkere, men alligevel lettere rumfartøjer og komponenter, når vi ser ud for at udforske en asteroide og til sidst Mars."
Meget længere nede ad vejen kan metalmikrolattice have medicinske anvendelser. De små rør har potentiale til at blive brugt som en kunstig lunge, siger Yang.
Åndedræt det samme materiale, der bruges til at bygge raketskibe: nu lever det i fremtiden.
