3997
Дослідники з австралійського університету RMIT створили плавучий матеріал на основі титану, хоча сам метал більш ніж у чотири рази щільніший за воду. На перший погляд це звучить як порушення фізики, але секрет полягає не в зміні властивостей титану, а в геометрії надрукованої конструкції.
Науковці називають розробку плавучим метаматеріалом із відкритою комірчастою металополімерною ґраткою. Конструкцію надрукували на 3D-принтері зі сплаву Ti-6Al-4V, який широко використовується в авіації, медицині та інших сферах, де потрібні міцність і стійкість до корозії.
Замість суцільних балок дослідники надрукували порожнисті титанові стрижні зі стінками завтовшки лише 0,2 мм. Усередині залишили канали діаметром від 2,5 до 4 мм, які після друку заповнили поліуретановою піною.
Саме піна відіграє критичну роль. Вона складається переважно із закритих мікроскопічних комірок, які утримують газ і не пропускають воду. У результаті титан забезпечує механічну міцність, а заповнений піною внутрішній простір — плавучість.
Для опису такої системи дослідники запропонували окремий показник — «щільність каркаса». Він враховує лише матеріал і герметичні частини конструкції, а не весь зовнішній об’єм ґратки. Якщо ця щільність нижча за щільність води, структура може залишатися на поверхні.
Перші випробування тривали понад два місяці у прісній воді. Порожнисті титанові зразки без піни поступово заповнювалися водою й тонули, тоді як заповнені піною конструкції поводилися відповідно до розрахунків і залишалися на плаву.
Найцікавіше сталося під час руйнування. Дослідники навмисно стискали зразки, ламали вузли й створювали тріщини. Навіть після перевищення межі міцності та руйнування цілих шарів ґратки матеріал продовжував плавати.
Лише коли конструкція була майже повністю розчавлена й ущільнена, вона починала тонути. Саме в цьому полягає перевага пінного наповнювача: локальна тріщина не відкриває шлях воді одразу до всієї внутрішньої системи.
Зразки також занурювали у морську воду затоки Порт-Філліп поблизу Мельбурна. Після двох тижнів вони зберігали плавучість, втратили лише близько 0,15% маси й менш ніж 1% міцності.
Науковці вже створили невеликий прототип морського буя. Він плавав у природній морській воді й витримував турбулентний потік, який багаторазово нахиляв його приблизно на 45 градусів.
Потенційні застосування виходять далеко за межі буїв. Такий матеріал може бути корисним для морських датчиків, підводної інфраструктури, плавучих платформ та інших конструкцій, де важливо поєднати низьку вагу, міцність і стійкість після пошкодження.
Дослідники також вважають, що титановий каркас можна використовувати як універсальну платформу. Якщо замінити поліуретан іншим наповнювачем, ту саму архітектуру можна адаптувати для гасіння вібрацій, поглинання енергії або керування теплом.
https://itc.ua/ua/novini/lamayuchy-fizyku-doslidnyky-stvoryly-plavuchu-konstruktsiyu-z-tytanu/
