Das Leichteste Metall Aller Zeiten Ist 99,9 Prozent Luft

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Wie baut man das leichteste metall der welt? Laut wissenschaftlern vor allem aus der luft.

Wie baut man das leichteste Metall der Welt? Laut Wissenschaftlern vor allem aus der Luft.

Das als "Mikrolaterne" bekannte Material wurde von Wissenschaftlern der HRL Laboratories in Malibu, Kalifornien, entwickelt, die sich im Besitz von Boeing und General Motors befinden. Das neue Mikronetz besteht aus einem Netzwerk aus winzigen Hohlrohren und ist etwa 100 Mal leichter als Styropor.

Um Kraftstoff zu sparen, bemühen sich Luft- und Raumfahrt- und Automobilunternehmen ständig, ihre Materialien so leicht wie möglich zu machen, ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen. Das Verfahren, mit dem die neuen Mikrolegitter gebaut werden, ist enorm vielversprechend, sagen die Forscher, da die Materialien nicht nur unglaublich leicht, sondern auch sehr stark sind. [Humanoide Roboter zu fliegenden Autos: 10 coolste DARPA-Projekte]

Boeing präsentierte das Material in einem aktuellen Video, indem es demonstrierte, wie ein kleines Stück Metall-Mikrogitter auf einem empfindlichen Löwenzahnsamenkopf balanciert werden konnte.

"Die Leute glauben, dass es das Metall ist, das der leichte Teil ist, und gehen daher davon aus, dass wir eine neue Legierung hergestellt haben", sagte Sophia Yang, Chemikerin bei HRL Laboratories. "Das war eigentlich aus Nickel-Phosphor, einem sehr bekannten Metall, aber wir sind in der Lage, die Struktur des Metalls so zu gestalten, dass eine Struktur entsteht, die noch von alleine stehen kann und dennoch so leicht ist, dass sie oben sitzt eines Löwenzahns und stört ihn nicht. "

Die bemerkenswerten Eigenschaften des Materials basieren auf den gleichen Prinzipien, die es dem Eiffelturm ermöglichen, eine Struktur in Wolkenkratzergröße zu einem Bruchteil des Gewichts eines herkömmlichen Gebäudes zu tragen. Die Innovation von HRL bestand darin, diese Prinzipien in sehr kleinen Maßstäben umzusetzen.

Das Mikronetzwerk aus miteinander verbundenen Hohlrohren imitiert die Struktur von Brückenträgern, sagten die Forscher. In diesem Fall sind die Wände der Röhren jedoch nur 100 Nanometer dick - 1000 Mal dünner als die Breite eines menschlichen Haares - das bedeutet, dass das Material zu 99,99 Prozent aus Luft besteht.

Die Struktur wird mithilfe eines innovativen additiven Fertigungsprozesses ähnlich dem 3D-Druck erstellt. Während der 3D-Druck Schicht für Schicht Strukturen aufbaut, verwendet die von HRL Labs entwickelte Lösung spezielle Polymere, die auf Licht reagieren, um die gesamte Struktur auf einmal zu bilden.

Durch Einstrahlen von ultraviolettem Licht durch einen speziell strukturierten Filter auf die flüssige Form des Polymers kann sich in Sekunden ein zusammenhängendes dreidimensionales Gitter bilden. Diese Struktur kann dann mit einer Vielzahl von Metallen, Keramiken oder Verbundwerkstoffen (je nach Anwendung) beschichtet werden, bevor das Polymer gelöst wird, wodurch ein Mikrolaternetz aus verbundenen Hohlrohren verbleibt.

Forscher können die Steifigkeit der Struktur variieren, indem sie die chemische Zusammensetzung des Polymers anpassen oder das Muster des Filters anpassen. Dies bedeutet, dass sie sowohl hochflexible Strukturen für die Schadensabsorption als auch sehr starke Strukturen schaffen können, die strukturelle Unterstützung bieten, erklärte Yang gegenüber WordsSideKick.com.

"Die Art und Weise, wie wir diese Technologie wachsen sehen, stellt einen grundlegenden Herstellungsprozess dar. Sie kann auf eine Reihe verschiedener Anwendungen angewendet werden", sagte sie. "Wir arbeiten daran, den Prozess wirklich weiter auszubauen. Wir forschen und entwickeln, aber diese Materialien können nicht im Labor verbleiben - wir müssen herausfinden, wie sie in einem größeren Maßstab hergestellt werden können."

Boeing arbeitet mit der NASA und der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) zusammen, der Niederlassung des US-Verteidigungsministeriums, die für die Entwicklung innovativer militärischer Technologien verantwortlich ist, um neue Materialien für Raumfahrzeuge und Hyperschallfahrzeuge herzustellen. Das leichte Metall könnte auch in Projekten verwendet werden, die darauf abzielen, Teile der nächsten Generation für die Mitinhaber des Labors zu entwickeln.

In einem vielversprechenden Forschungsbereich werden Mikrolegices in sogenannten Sandwich-Strukturen verwendet, die zum Standard für Leichtbau in der Luft- und Raumfahrtindustrie geworden sind. Durch das Anbringen dünner Bleche aus steifem Material an einem dicken, aber leichten Kern können hochsteife Strukturen geschaffen werden, die nicht schwer sind.

Normalerweise werden die Kerne dieser Strukturen aus Schaumstoff oder leichten Materialien hergestellt, die in einem einfachen Wabenmuster angeordnet sind. Stattdessen kann die Verwendung eines Mikrolaternetzes nicht nur das Gewicht reduzieren, sondern auch die Festigkeit der Strukturen drastisch erhöhen. Dies ist der Schwerpunkt der Arbeit von HRL Lab mit NASA und DARPA.

Trotz des Versprechens des Mikrologik-Ansatzes sagt Yang, dass es wahrscheinlich Jahre dauern wird, bis das Metall kommerziell weit verbreitet ist, da strenge Regeln für Luftfahrt- und Automobilmaterialien gelten. Da das Herstellungsverfahren für Mikrogitter jedoch schnell und kostengünstig ist, ist sie zuversichtlich, dass das ultraleichte Metall schon bald alltäglich sein könnte.

"Es ist kostengünstig mit einigen Materialien und Fertigungsprozessen, die für vorhandene Autoteile erforderlich sind, die sie ersetzen", sagte Yang. "Und wenn es billig genug wird, um in ein Auto zu steigen, sollte es auf jeden Fall billig genug sein, um in ein Flugzeug zu steigen."

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