Успешно разработан титан-полимерный решётчатый метаматериал, способный плавать на поверхности воды

Учёные Австралийского королевского Мельбурнского технологического университета (RMIT) совместно с французским Национальным институтом искусств и ремёсел (CNAM) разработали первый в мире открытоячеистый гибридный титан-полимерный решётчатый метаматериал. Он способен плавать на поверхности воды и более устойчив к морской коррозии, чем используемые для причалов, буёв и плавучих датчиков нержавеющая сталь или полимеры высокой плотности. Работа опубликована в свежем номере журнала «Передовые материалы».

Металлические решётчатые метаматериалы уже демонстрируют революционный потенциал в биомедицине, аэрокосмической отрасли, оборонной промышленности и теплотехнике, однако их применение в морской среде долго оставалось затруднённым. Причина в том, что хотя металлические решётки могут быть чрезвычайно лёгкими — плотностью менее одной десятой плотности воды, — их открытое, сообщающееся пространство заполняется водой, и структура тонет. В новом исследовании команда заполнила полые титановые опоры полиуретановой пеной, создав структуру, которая сохраняет плавучесть даже после серьёзных трещин и повреждений, когда вода протекает сквозь неё. Образцы непрерывно плавали в пресной воде более двух месяцев, подтвердив долговременную плавучесть.

Команда предложила новый метод под названием «плотность скелета» для определения способности открытой структуры плавать: в отличие от традиционного расчёта, учитывающего все открытые пустоты, он считает только непроницаемую для воды часть — титановые стенки и заполненные пеной каналы. Если плотность скелета ниже плотности окружающей жидкости, структура будет плавать, даже если вода проходит через все внешние отверстия. Испытания показали, что при одинаковой общей плотности новая титановая структура на 70% прочнее широко используемой в морской среде нержавеющей стали или полиэтилена высокой плотности; после двух недель погружения в морскую воду потеря массы составила всего 0,15%, а прочности — менее 1%. Команда напечатала на 3D-принтере морской буй, который сохранял устойчивость даже при наклоне до 45 градусов в резервуаре с турбулентной водой — без герметизирующих оболочек, защитных покрытий или дополнительных поплавков.