Ученые изготовили самую маленькую решетчатую структуру - «Наука и технологии»

Ученые из Технологического института Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology, KIT) изготовили решетчатую наноструктуру, которая является самой маленькой на сегодняшний день. Эта решетка сформирована из узлов и "распорок", длина которых не превышает 10 микрометров, а диаметр - 200 нанометров, ячейка этой решетки имеет размеры в 10 микрометров. Структура изготовлена из особой формы чистого углерода, который по многим свойствам напоминает графит, а ее механическая прочность превышает прочность монолитных частиц из большинства твердых материалов.

Первым этапом производства такой решетки является процесс лазерной трехмерной литографии, в котором вся структура формируется лучом лазера в объеме специального фоторезистивного материала под управлением компьютера. Именно этот процесс ограничивает минимальную длину распорок на уровне 5-10 микрометров и их диаметр в 1 микрометр. А последующим этапом, который позволил уменьшить диаметр распорок, стал процесс пиролиза.

Пиролиз заключается в подвергании материала воздействию высоких температур при условии отсутствия кислорода и других окислителей. В данном случае материал был помещен в вакуумную печь и нагрет до температуры в 900 градусов Цельсия. Такая температура заставила переориентироваться все химические связи внутри материала и все элементы, за исключением углерода, были удалены из его кристаллической решетки.

После того, как ученые получили в свое распоряжение готовую решетчатую наноструктуру, они подвергли ее различным испытаниям, в том числе и под высоким давлением. "Согласно результатам экспериментов эта структура продемонстрировала механическую прочность, очень близкую к значению теоретического предела, которая во много раз превышает прочность любых неструктурированных форм углерода" - рассказывает профессор Оливер Крэфт (Prof. Oliver Kraft), - "Алмаз является единственной формой углерода, стабильность и прочность которой превышает аналогичные показатели созданного нами искусственного материала".

Следует отметить, что в данной работе были задействованы ученые из KIT, которые уже имеют опыт в деле изготовления микроструктурированных материалов. В 2014 году им удалось создать такой материал, прочность которого превышала прочность стали, а плотность этого материала не превышала плотности воды. Ученые считают, что разработанный и изготовленный ими материал может найти применение в качестве материала электродов аккумуляторных батарей, фильтров для химической промышленности и оптических компонентов телекоммуникационных систем.