Anyagtechnológia

A Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) kutatói először 2018-ban adtak hírt felfedezésükről, amelyben két réteg grafén között energiaveszteség nélkül haladt át az áram, ha a két réteg egy nagyon konkrét „mágikus” szöget zárt be egymáshoz képest. A csapat a munkát folytatva sikeresen épített előbb három, majd legutóbb négy és öt rétegből álló grafénszendvicseket, amelyekben a megfelelő szögbe állítva megmaradtak a szupravezető tulajdonságok. Az először felfedezett moaré szuperrács rétegeit 1,1 fokkal fordították el egymáshoz képest, és az anyagban az elektronok egy „lapos sávba” álltak, vagyis ultrahideg hőmérsékleten azonos energiaállapotba kerültek, és eléggé lelassultak ahhoz, hogy a szupravezetés alapjelenségeként úgynevezett Cooper-párokat alkossanak.

A kutatásba a Harvard matematikusai segítettek be, akik kiszámították, hogy három réteg esetén 1,6 fokos a mágikus szög, és bizonyították, hogy ennél többrétegű struktúra is építhető, ahol megjelenik a lapos sáv és a szupravezetés. A laboratóriumban megépített négy- és ötrétegű konstrukciók igazolták az elméletet és azt is, hogy ugyanaz a mechanizmus áll a jelenség mögött. A kutatók szerint a különleges grafénszerkezetek az anyagok egy olyan családját jelentik, amelyekből más vezető anyagok felhasználásával robusztus, szobahőmérsékleten működő szupravezetők építhetők, amelyeket suhanó mágnesvasutakban vagy fúziós reaktorokban használhatnak fel a jövőben.

https://index.hu/techtud/2022/07/24/mit-szupravezetes-grafen-racs-magikus-szog-jovo/

Az anyaginnováció új robotok generációjához vezethet – akik erősebbek és ruganyosabbak nálunk. A Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem (UCLA) kutatói új anyagot fejlesztettek ki olyan mesterséges izmok felépítésére, amelyek erősebbek és akár 10-szer rugalmasabbak, mint a természetesen előforduló izmok – áll az egyetem sajtóközleményében. A tudósok igyekeztek rekonstruálni a test izmait, hogy flexibilis robotokat és új tapintásos technológiát dolgozzanak ki. Sok olyan innovatív rugalmas anyag létezik már, amik kettős feladatot is elláthatnak: mechanikai teljesítményt nyújtanak és bírják a nagy igénybevételt is. A dielektromos elasztomereknek (DE) nevezett anyagok egy osztálya tartós, könnyű és nagyon rugalmas is. A DE-k természetes vagy szintetikus vegyületekből származhatnak, és elektromos tér hatására megváltoztathatják méretüket vagy alakjukat.

Eddig a DE-ket akrilból vagy szilikonból gyártották, és ugyan az akrilból készült DE-k nagy igénybevételt is képesek kezelni, de nehezebb előállítani őket és nem rugalmasak. A szilikon DE-k könnyen elkészíthetők, de nem bírják a nagy igénybevételt. Az SRI International (korábban Stanford Research Institute) non-profit szervezettel együttműködve az UCLA csapata kereskedelmi forgalomban kapható vegyszereket és ultraibolya (UV) fény alapú térhálósítási eljárást alkalmazott az akril alapú DE javítására. A PHDE filmszerű anyag, olyan vékony és könnyű, mint az emberi haj. Ezeknek a filmeknek a rétegezése hozhatja létre az új, mesterséges izomszövetet, ami akár egy kis robot működtetéséhez is elegendő energiát állít elő. A régebbi mesterséges izmok csak egy réteg vastagok voltak, mert a korábbi, „nedves” eljárás egyenletlen rétegeket hozott létre, amiket nehéz volt egymásra tenni. Az UCLA kutatóinak új, „száraz” módszere a PHDE fóliákat rétegesen fekteti le, majd UV-térhálósítást alkalmaz. "Ez a rugalmas, sokoldalú és hatékony anyag megnyithatja a kapukat a robotok új generációja előtt, az érzékelő rendszerek piacán és azoknál a technológiáknál, amelyek utánozhatják vagy akár javíthatják is az emberi mozgást." – mondta Qibing Pei, az anyagtudomány professzora az UCLA-n. Ezek az új izmok sokszor nagyobb erőt tudnak generálni, mint a biológiaiak, és 3–10-szer rugalmasabbak természetes társaiknál. A kutatók egy kísérlet során azt is bizonyították, hogy az új izommal működő szerkezetek képesek a súlyuknál 20-szor nagyobb labdát is feldobni.

https://index.hu/techtud/2022/07/09/robot-robotika-anyag-innovacio/

A NASA egyik kutatócsoportja GRX-810 nevű, minden eddiginél ezerszer erősebb fémötvözetet fejlesztett. A technika lehetővé tette a nanoméretű oxidok optimális eloszlását az ötvözetben, az anyag jobb hőtani és mechanikai tulajdonságait. 1093 fokig ellenáll, és nagyon komoly hatása lehet majd a gyártásra, például rakétamotorok előállítására. A fémötvözetet oxid-diszperzióval erősítették meg. Ezzel a módszerrel a kisebb oxidrészecskéket nagyobb fémmátrixba szórják, hogy növeljék az anyag erejét, hőellenállását és rugalmasságát. A 3D nyomtatás és a termodinamikus modellezés lehetővé tette az idő és az anyagi költségek szignifikáns csökkentését.

A kutatók elmondták még, hogy az optimális ötvözet-összetételt 3D szimulációkban találták meg. Nagyon pontos számítógépes modellekkel határozták meg a GRX-810 komponenseit. Különösen az oxidokra figyeltek oda. A modellezést követően a nanoméretű oxidok befecskendezéséhez alkalmazták a 3D nyomtatást. A GRX-810 például az üzemanyagfogyasztást csökkentő rakétamotorok fejlesztéséhez használható. A működtetési és a karbantartási költségek csökkentésében szintén szerepet játszhat. Kétszer nehezebben törik el, három és félszer rugalmasabb, ezerszer jobban ellenáll a magas hőmérsékletnek, mint a többi ötvözet.

https://freedee.blog.hu/2022/05/05/3d_nyomtatassal_fejlesztett_szuperotvozetet_a_nasa

A súlya a műanyaghoz fogható, a szilárdsága az acélnál is erősebb annak az új anyagnak, amelyről a Massachusetts Institute of Technology adott hírt a Nature hasábjain. A szabadalmaztatott új anyag egy újfajta polimerizációs eljárás eredménye. Az eddig ismert molekulák hosszú sorából álló polimerek egydimenziós hosszú láncokból állnak. A lapokká alakuló kétdimenziós polimerekről régóta sejtik, hogy könnyűek és nagyon erősek lehetnek, és mivel már évtizedek óta kutatták, voltak olyanok, akik úgy gondolták, hogy sohasem léteznek majd.

A probléma az volt, hogy a polimerek monomernek nevezett egységek sorozatából állnak, amelyek molekulárisan nehezen kontrollálhatók, viszont ha egy monomer nem a megfelelő szögben, hanem fejjel lefelé épül a polimerbe, azzal háromdimenzióssá alakítja az anyag szerkezetét, és tönkreteszi azt. Az újfajta poliaramid, a 2DPA-1 létrehozásához Michael Strano professzor és munkatársai egy különleges melamintartalmú oldattal oldották meg a problémát, amely biztosította, hogy az anyag csak két dimenzióban növekedhessen: ennek eredménye az anyag, amely olyan, mint palacsintaszerű lapos lemezek sora, amiket erős hidrogénkötések tartanak össze. Az új anyagból eddig szupererős filmeket készítettek, de felhasználhatják mobiltelefonok erősítésére, autógyártásra vagy akár építésre is.

https://index.hu/techtud/2022/02/03/mit-uj-muanyag-erosebb-az-acelnal-2dpa-1-poliaramid-ketdimenzios-polimer/

A BMW színváltó borítású autót mutatott be amely az e-könyv-olvasókban is használt E Ink technológiára épül. A BMW iX fantázianévvel ellátott autó konceptverziója olyan felszíni borítással rendelkezik, amely több millió mikrokapszulából áll, egyenként az emberi haj vastagságának megfelelő átmérővel. A kapszulák negatív töltésű fehér és pozitív töltésű fekete pigmenteket tartalmaznak, és a kiválasztott beállítástól függően, az elektromos mező stimulálásának hatására úgy gyűlnek össze a különböző színű pigmentek a mikrokapszulák felületén, hogy a kívánt árnyalatot adják az autó karosszériájának.

https://qubit.hu/2022/01/06/szinvalto-autot-mutatott-be-a-bmw

Az izraeli XJet eredetileg 2018-ban mutatta be, de csak most kezdte forgalmazni a „nanorészecske-sugárzással” (nanoparticle jetting) működő 3D nyomtatóihoz fejlesztett alumínium-oxid kerámiát, amellyel tovább bővült a cég nyomtatóanyag portfoliója. Az anyag mechanikailag nagyon szilárd, rendkívül kemény, elektromosan jól szigetel, kopásálló, a hőt kiválóan vezeti, gond nélkül tűri a magas hőmérsékletet. Az alumínium- és a cirkónium oxid is ipari kerámia, mindkettő tökéletesen ellenáll a vegyszereknek, nem korrozívak, szigetelnek és masszívak. Pont e tulajdonságaik miatt hagyományos módszerekkel, mint például CNC marással, különösen szinterezés után, nehéz megmunkálni őket. Az XJet additív gyártórendszereivel megszűntek a korábbi korlátok, a felhasználók kedvük szerint dolgozhatnak a két anyaggal, komplex geometriájú részeket, belső üregeket alakíthatnak ki a nyomatokban.

https://freedee.blog.hu/2021/10/25/nyomtasson_aluminium-oxidos_keramiaval

A Washington Egyetem mérnöki karának munkatársai a Nature Communicationsben publikált közleményük szerint sikeresen állíttattak elő polimerizált proteineket módosított mikrobákkal. A baktériumok nagy molekulatömegű izomfehérjét, titint állítottak elő, amelyekből szálakat sodortak. Az új fehérjeszálak szakítószilárdsága a selyemnél, a nejlonnál, de a kevlarnál is magasabb. Ruházati cikkek előállítására kiválóan alkalmas. Olcsó, és nagy mennyiségben is könnyen előállítható, mutatott rá a megoldás előnyeire a kutatás vezetője, Fucsong Csang professzor.

Az anyag mechanikai tulajdonságainak alapja a titinmolekula nagy mérete. Ez a természetben előforduló legnagyobb ismert fehérje, baktériumokban nem is fér el, ezért ezeket egy trükkel vették rá, hogy kisebb szegmensekből építsék meg a polimereket. Az emberi hajszál vastagságának egytizedét kitevő fehérjeszálakat még frissen összesodorták. Az így kapott szál különös tulajdonsága a nagy szakítószilárdság mellett, hogy a mechanikai hatásokat képes hővé alakítva szétoszlatni. A szintetikus izomszálra több felhasználási területen is számítanak: mivel a kevlarnál is erősebb, golyóálló mellényekben. Fehérje lévén vélhetően magas a biokompatibilitása, így orvosi varratoknál vagy szövetépítésnél is nagy hasznát vehetik. A rendszer szépsége, hogy lényegében egy bárhol használható platform. Vehetünk fehérjéket különböző természetes közegekből, és betehetjük a polimerizáló platformba, amivel különböző hosszabb fehérjéket és fenntarthatóbb anyagokat állíthatunk elő, tette hozzá Cameron Sargent PhD-hallgató, a kutatás egyik szerzője.

https://index.hu/techtud/2021/09/05/bakterium-szintetikus-feherjeszal-a-kevlarnal-erosebb/

Egy új szintetikus szövet amely az elektromágneses sugárzás széles spektrumát visszaveri akár 5 fokkal is képes csökkenteni a viselője testhőmérsékletét.

https://www.sciencemag.org/news/2021/07/new-mirror-fabric-can-cool-wearers-nearly-5-c

Kutatóintézetek nemzetközi összefogásával felálló kutatócsoport megalkotta az emberiség által ismert legkeményebb anyagot. Az anyagot AM-III szénnek nevezik, és olyan, mint egy szénből előállított üveg. Az előállítási folyamatot a National Science Review-ban publikálták. A munka célja kezdettől fogva nagy keménységű üveg előállítása volt. Ehhez úgynevezett fulleréneket vettek alapul, amelyek Buckminster Fuller építészről elnevezett, szénatomokból álló molekuláris labdák. A fulleréneket nagyon magas hőmérsékleten és óriási nyomáson összepréselve egy sárgás, üvegszerű, gyémántnál is keményebb anyagot kaptak.

A legkeményebb anyagként ismert gyémánt ugyancsak magas hőmérsékleten és nyomáson keletkezik a föld belsejében. A gyémánt keménysége a Vickers-teszt alapján 70–100 gigapascal, az AM-III szén azonban 113 gigapascal keménységű, ami elegendő volt ahhoz, hogy a tesztek során látványos karcolást lehessen vele ejteni egy gyémántfelületen. A gyémánt keménységének titka az anyag tökéletes kristálystruktúrájában rejlik. Az AM-III szén ugyanakkor az üveghez hasonlóan amorf anyag. Az acélnál tízszer keményebb amorf szén a különleges tulajdonságai miatt viszonylag széles körben alkalmazható, többek között félvezetőként vagy fotoelektronikus eszközökben. A jelenlegieknél 20-szor vagy akár százszor erősebb páncélüveget lehet előállítani belőle, így golyóálló mellénynek sem lenne utolsó.

https://index.hu/techtud/2021/08/14/legkemenyebb-anyag-am-iii-szen-amorf-uveg-gyemant/

A szuperfekete festék után végre megszületett a szuperfehér is: a Purdue Egyetem kutatói olyan festéket hoztak létre, amely visszaveri a napsugárzás 98,1 százalékát, a találmány ezzel a legfehérebb ismert dolog a Földön. Xiulin Ruan, a kutatás eredményeit ismertetőt tanulmány vezető szerzője szerint a találmánynak gyakorlati haszna is van: egy ezer négyzetlábas tető befestésével a felület annyi hőt ver vissza, hogy azzal ki lehet váltani a központi hőkondícionáló használatát.

A csodafesték csodafegyvere a magas koncentrációban alkalmazott bárium-szulfát, amelyet például a fotópapír és egyes kozmetikumok gyártásához használnak. Az egyetem jelenleg a festék tömeggyártásáról tárgyal, ha sikerül piacra dobni a terméket, Ruan szerint nincs rá különösebb ok, hogy drágább legyen a piacon jelen lévő hétköznapi festékeknél.
https://qubit.hu/2021/04/16/a-fehernel-is-feherebb-festeket-fejlesztettek

A Brisbane (Ausztrália) székhelyű Arpmax Synthetic Metal leányvállalata különleges polimert fejlesztett: a nyomtatásra alkalmas új anyag fémekre jellemző elektromos és hőtani tulajdonságokkal rendelkezik. Printelésével kettős cél valósítható meg: egyrészt szerkezetileg erősebb polimeralapú tárgyak készíthetők belőle, másrészt ezek a tárgyak a hőt és az elektromosságot is vezetik.

A polimert fémes belső vázzal ötvözték. A bevonat megőrzi a fém tulajdonságait, és megerősíti a tárgyat, míg a hőt és az elektromosságot hagyományos fémekhez hasonlóan vezeti. Az olaj- és a gázszektortól kezdve a honvédelemig és az egészségügyig, változatos alkalmazásokra számíthatunk. Ipari alkalmazásokban a szintetikus fémet kopásnak jól ellenálló tárgyak, az egészségügyben pedig tartósabb implantátumok előállítására fogják használni. A honvédelemben jobb lövedékek készíthetők belőle. Az anyag sokak szerint fontos szerepet tölthet be a polimerrel kapcsolatos további kutatásokban, és fröccsöntésnél szintén változatos célokra használhatják fel.
https://freedee.blog.hu/2021/01/04/a_terminator_ihlette_meg_egy_uj_polimer_fejlesztoit

A tengeri állatok meszes váza, illetve a grapefruit héjának struktúrája adta az ötletet a brit Durhami Egyetemen és a német Fraunhofer Intézetben kifejlesztett Próteusz fantázianevű anyagnak. A nevét a görög mitológia alakváltó istenéről kapta, mivel ez az anyag is képes a rá ható erő hatására úgy megváltoztatni a szerkezetét, hogy ezáltal ellensúlyozza a rá ható erőt. A Próteusz a fejlesztő kutatók publikációja szerint gyakorlatilag vághatatlan. Hiába mennek neki flexszel, fúróval, vízsugárral, a felszíni rétegen ezek még áthatolnak, de az anyag struktúrája eközben dinamikusan megváltozik, és a vágószerszám egyszerűen nem képes mélyebb sebet ütni benne.

Az anyag celluláris felépítésű alumínium fémhabba ágyazott kerámiakockákból épül fel. Ehhez hasonló a mészvázas állatok külső váza is, amely biopolimerbe épített kemény pikkelyekből áll. Ez egyszerre biztosítja a keménységet, és az erőhatások eloszlatásához szükséges alakíthatóságot. A külső erőhatás miatt az anyag részecskéi mozogni kezdenek, és ellentétes erőhatást fejtenek ki a szerszámra, ami így megakad. Az ellenálló képességet csak tovább növeli, hogy a vágás kezdetén fragmentálódó kerámiadarabkák betöltik az anyag szerkezeti sérüléseit, és minél gyorsabban mozog a szerszám, annál tömörebb és erősebb védőréteget képeznek a sérülés belsejében. A kerámiaszemcsék lekerekített felszínén a vágóvízsugár is szétterül és lelassul, ezáltal elveszíti élét. Az anyagból különböző biztonsági berendezéseket lehet majd csinálni, például vághatatlan biciklizárat, biztonsági ajtót, páncélt.
https://index.hu/techtud/2020/07/20/megalkottak_a_teljesen_vaghatatlan_anyagot/