Materiał zachowuje się jak ciało stałe albo ciecz, w zależności od rodzaju zastosowanego naprężenia. Ten innowacyjny materiał, zwany PAM (to skrót od polycatenated architected materials), może mieć szeroki zakres zastosowań, w tym w sprzęcie ochronnym, takim jak hełmy, w urządzeniach biomedycznych i robotyce.
Jak wygląda i jak powstała nowa materia?
Struktura PAM jest inspirowana wywodzącą się ze starożytności kolczugą, która składa się z małych metalowych pierścieni połączonych ze sobą w celu stworzenia elastycznego pancerza. Jednak PAM zamiast z prostych, zazębiających się pierścieni, składa się z elementów o różnych kształtach, połączonych ze sobą i ułożonych w trójwymiarowe wzory o niemal nieograniczonych konfiguracjach. Te unikalne struktury, stworzone przy użyciu technologii druku 3D przez zespół profesor Chiary Daraio, wykazują właściwości, których nie mają żadne inne dotychczas znane materiały.
PAM-y, które grupa Chiary Daraio stworzyła i zbadała, zostały najpierw wymodelowane na komputerze i zaprojektowane tak, aby odtwarzać struktury sieciowe występujące w substancjach krystalicznych. Następnie zostały wydrukowane trójwymiarowo przy użyciu różnych materiałów, w tym polimerów akrylowych, nylonu i metali. Następnie poddawano je różnym rodzajom naprężeń fizycznych. Naukowcy zaczęli od ściskania przedmiotów, potem zgniatania, a na koniec przeprowadzili testy sprawdzające, jak materiały reagują na skręcanie, najpierw powoli, a potem szybciej i mocniej. W niektórych scenariuszach PAM-y zachowywały się jak ciecze, a czasami jak ciała stałe.
Czytaj więcej
Nowy materiał, który jest prosty w wytwarzaniu i może pełnić różne funkcje, w tym pancerza, składa się ze 100 bilionów wiązań mechanicznych na centymetr kwadratowy. To największa gęstość, którą do tej pory osiągnięto.
„PAM-y to naprawdę nowy rodzaj materii” – podkreśla profesor Daraio. „Wszyscy mamy na myśli wyraźne rozróżnienie, gdy myślimy o materiałach stałych i ziarnistych. Materiały stałe są często opisywane jako sieci krystaliczne. To właśnie widać w klasycznych modelach kulek i patyczków struktur atomowych, chemicznych lub większych struktur krystalicznych. To właśnie te materiały ukształtowały nasze konwencjonalne rozumienie materii stałej. Inna klasa materiałów jest ziarnista, jak widać w substancjach takich jak ryż, mąka czy mielona kawa. Materiały te składają się z odrębnych cząstek, które mogą się swobodnie poruszać i ślizgać względem siebie” – wyjaśniła naukowczyni. Natomiast PAM-y nie poddają się tej klasyfikacji. „W przypadku PAM-ów poszczególne cząstki są połączone, tak jak w strukturach krystalicznych, a jednak, ponieważ te cząstki mogą się swobodnie poruszać względem siebie, płyną, ślizgają się po sobie i zmieniają swoje względne położenia, bardziej jak ziarna piasku” – wyjaśnia Daraio.
