Инженеры Университета Райса (США) напечатали на 3D-принтере "математическое чудо" - легкий и прочный материал шварцит со сложной, повторяющейся структурой, который раньше существовал только в теории. Его можно будет использовать для создания наноэлектроники, молекулярных сит, а также для строительства сверхпрочных зданий и производства износостойких деталей автомобилей.
Шварцит, получивший свое название по имени Германа Шварца — немецкого математика, придумавшего эти структуры в 1880-х, является математическим чудом, вдохновившим многих инженеров на создание многочисленных органических и неорганических конструкций и материалов. Однако эти структуры оставались теоретическими, пока 3D-принтеры не предоставили возможность воплотить их.
Ученые Райса вместе с коллегами из Университета Кампинас (Бразилия) исследовали структуру шварцита посредством модели молекулярной динамики, а затем напечатали его в форме полимерных кубов. Пористая структура шварцита была создана при помощи компьютерных алгоритмов, но исследователи Райса обнаружили, что могут распечатать его на 3D-принтере и протестировать. По мнению ученых, когда-нибудь из таких «кирпичей» можно будет строить целые здания.
«У них действительно сложная геометрия; все изогнуто, внутренние поверхности обладают отрицательной кривизной, а морфология очень интересная», — говорит Чандра Секхар Тивари, один из исследователей Райса.
Теория показывает, что на атомном уровне эти материалы очень прочные, а также демонстрируют выдающиеся показатели деформации. «Важно то, как материал ломается, — считает Тивари. — Никому не нужно, чтобы вещи ломались катастрофически; нужно, чтобы они ломались медленно. Эти структуры прекрасны потому, что если приложить силу к одной стороне, они будут деформироваться медленно, слой за слоем. Из такого материала можно сделать целое здание, и если оно когда-нибудь упадет, оно обрушится медленно, и никто не пострадает».
Следующим шагом ученых будет улучшение поверхностей благодаря использованию принтеров с лучшим разрешением и дальнейшая минимизация объема полимеров, чтобы получившиеся блоки были еще легче. В будущем они планируют печатать шварциты из керамики и металла, пишет Phys.org.
В августе ученые Стэнфорда сообщили об открытии нового сверхпрочного материала. Открытие произошло случайно, когда исследователи заметили, что при определенных условиях искусственно созданные кристаллы могут быстро образовывать сверхрешетчатые наноструктуры.