Ένα «μεταλλικό ξύλο»-φύλλο νικελίου με πόρους νανοκλίμακας που το κάνουν ισχυρό σαν τιτάνιο, αλλά τέσσερις με πέντε φορές ελαφρύτερο, δημιούργησαν ερευνητές της Σχολής Μηχανολογίας και Εφαρμοσμένης Επιστήμης του University of Pennsylvania, του University of Illinois at Urbana-Champaign και του University of Cambridge, στο πλαίσιο νέας μελέτης που δημοσιεύτηκε στο Nature Scientific Reports.
Ο άδειος χώρος των πόρων και η διαδικασία «αυτοσυναρμολόγησης» στο πλαίσιο της οποίας δημιουργούνται κάνουν το πορώδες μέταλλο παρεμφερές με ένα φυσικό υλικό, όπως το ξύλο. Και ακριβώς όπως ο πορώδης χαρακτήρας του ξύλου εξυπηρετεί τη βιολογική λειτουργία της μεταφοράς ενέργειας, ο άδειος χώρος στο «μεταλλικό ξύλο» των ερευνητών θα μπορούσε να γεμίσει με άλλα υλικά, επιτρέποντάς του να χρησιμοποιηθεί σε διάφορους τομείς – από φτερά αεροπλάνων μέχρι προσθετικά πόδια που είναι επίσης μπαταρίες κ.α.
Της έρευνας ηγήθηκαν οι Τζέιμς Πάικουλ, Μπιλ Κινγκ και Πολ Μπράουν, με τη συνδρομή του Βίκραμ Ντεσπάντε. Όπως λέει ο Πάικουλ, «ο λόγος που το αποκαλούμε μεταλλικό ξύλο δεν είναι εξαιτίας της πυκνότητάς του, η οποία είναι περίπου αυτή του ξύλου, αλλά της κυτταρικής φύσης του. Τα κυτταρικά υλικά είναι πορώδη τμήματα που είναι πυκνά για να συγκρατούν τη δομή και φτιαγμένα για να υποστηρίζουν βιολογικές λειτουργίες, όπως η μεταφορά από και προς τα κύτταρα».
«Η δομή μας είναι παρόμοια. Έχουμε τομείς που είναι πυκνοί, με ισχυρές μεταλλικές αντηρίδες, και περιοχές που είναι πορώδεις, με κενά αέρα. Εμείς απλά λειτουργούμε στις κλίμακες όπου η δύναμη των αντηρίδων πλησιάζει το θεωρητικό μέγιστο» αναφέρει.
Η συγκεκριμένη μέθοδος αρχίζει με μικροσκοπικές πλαστικές σφαίρες, διαμέτρου μερικών εκατοντάδων νανομέτρων, που είναι τοποθετημένες σε νερό. Όταν το νερό εξατμίζεται αργά, οι σφαίρες εναποτίθενται σαν μπάλες κανονιού, δημιουργώντας ένα τακτικό, κρυσταλλικό πλαίσιο. Στη συνέχεια, οι ερευνητές εισάγουν στις πλαστικές σφαίρες νικέλιο και κατόπιν τις διαλύουν με διαλυτικό, αφήνοντας πίσω ένα ανοικτό μεταλλικό δίκτυο. Επειδή περίπου το 70% του υλικού που προκύπτει είναι κενός χώρος, η πυκνότητα αυτού του «μεταλλικού ξύλου», με βάση το νικέλιο, είναι εξαιρετικά χαμηλή σε σχέση με τη δύναμή του – για την ακρίβεια, με πυκνότητα αντίστοιχη αυτή του νερού, ένα τούβλο φτιαγμένο από αυτό το υλικό θα μπορούσε να επιπλέει.
Η επόμενη πρόκληση για τους ερευνητές είναι η αναπαραγωγή αυτής της διαδικασίας σε κλίμακες βιώσιμες για εμπορική χρήση. Αντίθετα με το τιτάνιο, κανένα από τα υλικά που χρησιμοποιούνται σε αυτή τη διαδικασία δεν είναι ιδιαίτερα ακριβό ή σπάνιο. Ωστόσο, η υποδομή που απαιτείται για την επεξεργασία τους σε νανοκλίμακα είναι πολύ περιορισμένη. Όταν αναπτυχθεί αυτή, τότε θα είναι δυνατή η παραγωγή «μεταλλικού ξύλου» σε πρακτικές ποσότητες ταχύτερα και με μικρότερο κόστος.