Если вам кажется, что металл по определению должен быть тяжёлым и обязательно идти ко дну при попадании в водоём, то самое время прочитать этот материал от начала и до конца. В мире материаловедения существует класс материалов, которые выглядят как металл, ведут себя как металлы, проводят электричество… но при этом легче воды и плавают в ней.
Некоторые представители класса настолько лёгкие, что их можно положить на одуванчик, и он не примнётся. Что это за чудо-материал?
Чтобы физическое тело плавало, его средняя плотность должна быть меньше 1 г/см³. Классические металлы вроде железа или алюминия гораздо плотнее. Но при определённых условиях можно создать металлические структуры, плотность которых падает до невероятных величин - вплоть до 0,9 ; 0,5 и даже 0,01 г/см³. Для сравнения воздух имеет среднюю плотность 0,0012 г/см³, а обычная вата примерно 0,02 г/см³.
Некоторые металлические материалы такого типа имеют плотность 0,0001 г/см³. И да - они сделаны из настоящего металла.
Ключ к созданию такого материала - металлические аэрогели и микрорешётки. По сути это объёмная паутина толщиной в сотни нанометров, где пустоты занимают 95–99,99 % объёма. Металл в такой структуре присутствует лишь в виде тончайшего каркаса, который формируют на основе шаблона. Сначала создают трёхмерную сетку, затем покрывают её металлом - никелем, серебром, алюминием или даже золотом. После этого удаляют исходный шаблон.
На выходе остаётся почти невесомая металлическая структура, в которой плотность может упасть до тысячных долей от плотности воды. Такой металл действительно не тонет. Средняя плотность конструкции меньше единицы - значит, он плавает как пробка и ощущается почти невесомым. При этом остаётся металлом по всем физическим параметрам: проводит электричество, отражает свет, позволяет подключать электроды и даже работать в электрохимических системах.
Но его поведение необычно. Он упругий, может сжиматься и восстанавливаться, похож на губку, но блестит как металл. Эти материалы открывают множество перспектив. В космической индустрии они ценны как лёгкие несущие элементы и корпуса сенсоров, ведь каждый грамм на орбите стоит огромных денег. Виброзащитные конструкции, акустические панели и даже музыкальные инструменты выигрывают от их уникальной комбинации лёгкости и способности гасить вибрации. В энергетике такие структуры используют как основу для электродов в батареях и суперконденсаторах - благодаря огромной удельной поверхности и хорошей проводимости они могут ускорять заряд и повышать ёмкость.
А в химии аэрогели из драгоценных металлов позволяют экономить платину и золото, сохраняя их каталитическую активность, но расходуя в сотни раз меньше материала.
Конечно, такие металлы пока дороги и сложны в производстве, не слишком прочны на разрыв и чувствительны к повреждениям, но технологический прогресс быстро меняет ситуацию.
Главное, что это не один конкретный металл, а особый тип структуры, который можно сделать из множества элементов - никеля, меди, алюминия, титана, серебра. Мы привыкли считать металл синонимом тяжести, но материалы нового поколения доказывают обратное. Мметалл может быть легче воды, легче пены и почти как воздух, оставаясь при этом металлом.
⚡ Ещё больше интересного в моём Telegram