多方向格子＋3Dプリント：新しい人工メタマテリアルは軽くて強い

英国の雑誌「ネイチャー」は16日、材料科学の最新成果を発表した。ロンドン大学インペリアル・カレッジのチームが、強度が増しながらも比較的軽量な新しい人工メタマテリアルを報告した。この材料は、多方向格子と3Dプリント技術を組み合わせて作られており、新しい格子は強力な金属合金の基本原理に基づいて設計されている。

注: ネットワーク画像の格子構造は、繰り返されるノードと接続する柱で構成されています。3D プリント技術と組み合わせることで、軽量かつ強度に優れた素材が製造されます。しかし、これらの材料が破損すると、壊滅的な結果を招く可能性があり、実際の用途が制限されます。失敗の原因はこれらの材料の構造にあります。結晶格子の全体的な方向が単一です。

同様の現象は金属単結晶にも存在し、同様の構造を持ち、内部の特定の面に沿って滑ることで変形することができます。しかし、異なる方向の粒子を含む多結晶材料では、粒界が滑りの発生や亀裂の拡大を防ぎ、それによってこれらの材料の変形抵抗力が向上します。

注: インターネットのイラスト。今回、インペリアル・カレッジ・ロンドンの科学者たちは多結晶材料をシミュレートし、内部格子の異なる領域が異なる方向を持つように、粒状構造を持つ新しい格子状のメタマテリアルを設計しました。

研究者たちは、「メタモルフォーゼ」としても知られる粒状メタマテリアルは、変形したときに従来のメタマテリアルよりも強度が高く、損傷に強いことを発見しました。多結晶材料と同様に、各粒状格子領域のサイズを縮小することで、斑状晶の強度を高めることができます。

研究チームは、圧力が加えられると異なる形状にねじれ、結晶材料における同様の再配置を模倣できる特殊な「フェノクリスタル」を作成した。これらの結果を総合すると、さまざまな用途に適した、より強力で軽量な 3D プリント材料が科学界に提供されることになります。

新素材の反復のスピードは、科学者による材料の基本特性の理解だけでなく、新しい理論と関連する検証の効率、さらには生産プロセスとシミュレーションツールの革新的な機能にも関係します。秘密を習得し、特定のパラメータを調整することを学び、生産と生活のニーズを満たす新しい材料を作成することは、化学者が「魔術師」と呼ばれる重要な理由です。

出典：科技日報

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