Porowata miedź zrewolucjonizuje energetykę i elektronikę. Przełom w druku 3D z USA
Zespół naukowców z Arizona State University opracował innowacyjną metodę druku 3D porowatych struktur miedzianych, która może znacząco przyspieszyć produkcję zaawansowanych komponentów wykorzystywanych w energetyce, elektronice i systemach bezpieczeństwa. Opracowane rozwiązanie pokazuje, że dzięki precyzyjnej kontroli struktury materiału możliwe jest nie tylko nadawanie mu określonego kształtu, ale także projektowanie jego właściwości i sposobu reagowania na otoczenie.
Miedź od lat pozostaje jednym z kluczowych materiałów w przemyśle ze względu na wysoką wytrzymałość, trwałość i bardzo dobre przewodnictwo elektryczne. Tradycyjne metody jej obróbki wymagają jednak wysokich temperatur i dużych nakładów energii, co ogranicza możliwości tworzenia złożonych mikrostruktur. Naukowcy postanowili sprawdzić, czy wykorzystanie nanoporowatych proszków metalicznych pozwoli obniżyć temperaturę procesu i jednocześnie zwiększyć precyzję produkcji.
W efekcie powstała technologia umożliwiająca drukowanie trójwymiarowych struktur miedzianych o bardzo wysokiej rozdzielczości, zawierających pory tysiące razy mniejsze niż grubość ludzkiego włosa. Po wydrukowaniu elementów usuwano część polimerową, pozostawiając czystą strukturę metalową. Kluczowym elementem okazała się kontrola procesu nagrzewania, która pozwalała zmieniać właściwości końcowego materiału. Przy wyższych temperaturach powstawała gęsta i bardzo dobrze przewodząca miedź, natomiast niższe temperatury pozwalały zachować strukturę nanoporowatą o dużej powierzchni i zwiększonej reaktywności chemicznej.
Podczas badań naukowcy zaobserwowali również zjawisko szybkiego utleniania bardzo porowatej miedzi po kontakcie z powietrzem. Zamiast traktować to jako problem, uznano je za potencjalną zaletę. Materiały zaprojektowane tak, aby ulegały kontrolowanej degradacji po naruszeniu ich struktury, mogą znaleźć zastosowanie w zabezpieczaniu danych i elektroniki. W praktyce oznacza to możliwość tworzenia elementów, które w razie próby fizycznej ingerencji ulegają zniszczeniu, chroniąc przechowywane informacje.
Znaczenie badań wykracza jednak poza obszar bezpieczeństwa
Możliwość precyzyjnego sterowania porowatością i właściwościami metalu otwiera nowe perspektywy w energetyce, gdzie duża powierzchnia materiału sprzyja wydajniejszym reakcjom chemicznym, a także w produkcji lekkich i energooszczędnych komponentów. W przyszłości podobne materiały mogłyby znaleźć zastosowanie również w medycynie, na przykład w implantach zaprojektowanych tak, aby po spełnieniu swojej funkcji bezpiecznie ulegały rozpadowi.
Badania pokazują zmianę podejścia do projektowania materiałów – od prostego wytwarzania elementów o określonym kształcie do świadomego programowania ich zachowania. Dzięki temu produkcja addytywna może stać się narzędziem tworzenia materiałów funkcjonalnych, które łączą trwałość, wysoką wydajność i zdolność reagowania na warunki otoczenia, otwierając nowe możliwości w wielu dziedzinach technologii.
Źródło: Arizona State University
Czytaj też: Chiński samolot kosmiczny wielokrotnego użytku ponownie okrąża Ziemię
Grafika tytułowa: Minku Kang / Unsplash
