Microrretícula metàlica

Una microrretícula o microlámina metàlica és un material metàlic poroso sintètic compost per una bromera metàlica ultrallaugera. En una densitat tan baixa com 0,99 mg/cm³, és un dels materials estructurals més llaugers coneguts per la ciència. Va ser desenrollat per un equip de científics dels Laboratoris HRL, en sèu en Califòrnia, en colaboració en investigadors de l'Universitat de Califòrnia, Irvine i Caltech, i es va anunciar per primera volta en novembre de 2011. Les mostres prototip es varen fabricar en una aleació de níquel i fòsfor. En 2012, el prototip de microlámina va ser declarat una de les 10 innovacions que canviaran el món per la revista Popular Mechanics. La tecnologia de microláminas metàliques té numeroses aplicacions potencials en l'ingenieria automotriz i aeronàutica. Un estudi comparatiu detallat entre atres tipos d'estructures metàliques reticulars va demostrar que estes són beneficioses per a reduir el pes, pero costoses de fabricar.

Síntesis

Per a produir el seu microrred metàlica, l'equip de HRL/UCI/Caltech va preparar primer una plantilla de polímer utilisant una tècnica basada en la formació de guies d'ona autopropagadas. encara que es va senyalar que es poden utilisar atres métodos per a fabricar la plantilla. El procés consistia en fer passar llum ultravioleta a través d'una caraça perforada cap a un depòsit de resina curable en llum ultravioleta. Es produïa un «autocierre» de la llum, similar al de la fibra òptica, a mida que la resina es curava baix cada orifici de la caraça, formant una fina fibra de polímer a lo llarc del recorregut de la llum. Per mig de l'us de múltiples fas de llum, es podien interconectar múltiples fibres per a formar una ret.

El procés era similar a la fotolitografía, ya que utilisava una caraça bidimensional per a definir l'estructura inicial de la plantilla, pero diferia en la velocitat de formació: mentres que l'estereolitografía podia tardar hores en crear una estructura completa, el procés de autoconformación de la guia d'ones permetia formar plantilles en 10-100 segons. Aixina, este procés permet crear ràpidament i de forma escalable grans estructures de celosía 3D independents. A continuació, la plantilla es recobria en una fina capa de metal per mig de niquelat químic i es gravava, obtenint aixina una estructura metàlica porosa periòdica independent. En l'informe original, el metal utilisat per a la microrred va ser el níquel. Pel procés d'electrodeposición, el 7 % del material estava compost per àtoms de fòsfor dissolts i no presentava precipitats.

Propietats

Una microlámina metàlica està composta per una ret de puntales buits interconectados. En la mostra de microlámina menys densa descrita, cada puntal té un diàmetro d'uns 100 micrómetros i una paret de 100 nanómetros de gruixa. L'estructura completa està composta per un 99,99 % d'aire en volum. i, per convenció, la massa d'aire s'exclou en calcular la densitat de la microlámina. Tenint en conte la massa de l'aire intersticial, la densitat real de l'estructura és d'aproximadament 2,1 mg/cm³ (2,1 kg/m³), lo que supon solament unes 1,76 voltes la densitat de l'aire a 25 °C. Es diu que este material és 100 voltes més llauger que el poliestireno expandit. Les microláminas també poden ser 100 voltes més resistents que els polímer normals.

Les microrrets metàliques es caracterisen per tindre densitat molt baixes, en un récort en 2011 de 0,9 mg/cm³, un dels valors més baixos de qualsevol sòlit conegut. El récort anterior d'1,0 mg/cm³ ho ostentaven els aerogels de sílice, i s'afirma que l'aerografit té una densitat de 0,2 mg/cm³. Des del punt de vista mecànic, estes microláminas es comporten de manera similar als elastòmers i recuperen casi per complet la seua forma despuix d'una compressió significativa. Açò els conferix una ventaja significativa sobre els aerogeles anteriors, que són substàncies fràgils similars al vidre. Esta propietat elastomérica de les microrredes metàliques també dona com resultat una absorció eficaç dels impactes. El seu mòdul de Young I presenta una escala diferent, en la densitat ρ, I ρ2, en comparació a I ρ3 en els aerogeles i les bromera de nanotubos de carbono.