Inženjeri stvaraju plutajući titanijumski metamaterijal za pomorsku infrastrukturu snažniji od čelika

Istraživanje pod vođstvom Kraljevskog instituta za tehnologiju u Melburnu (RMIT) pokazuje da 3D odštampana titanijumska rešetka — sastavljena od šupljih, međusobno povezanih šipki ispunjenih penom—ne samo da pluta, već izdržava izloženost morskoj vodi i jača je od nerđajućeg čelika ili vrlo guste plastike.

Istraživači kažu da njihova najnovija kreacija prevazilazi fundamentalni izazov u pravljenju struktura metalnih rešetki koje plutaju.

Preporučujemo

„Iako metalne rešetke mogu biti neverovatno lagane — sa gustinama manjim od jedne desetine gustine vode — njihovi otvoreni, međusobno povezani prostori omogućavaju vodi da uđe, zbog čega tonu. Zbog toga su te jake, lagane strukture bile neprikladne za pomorsku infrastrukturu“, kažu naučnici. „Popunjavajući samo šuplje titanijumske šipke poliuretanskom penom, napravili smo strukturu koja omogućava vodi da teče kroz nju i koja ostaje plutajuća čak i nakon značajnih oštećenja“.

Ova studija predstavlja prvu objavljenu demonstraciju plutajućeg metalno-hibridnog rešetkastog metamaterijala, a njenu postojanu sposobnost plutanja su potvrdili uzorci koji su plutali u slatkoj vodi više od dva meseca.

Preispitivanje gustine

Da bi postigli ovaj napredak, istraživači su razvili novu meru, nazvanu skeletna gustina, za predviđanje da li će otvorene strukture plutati. Konvencionalni proračuni gustine uključuju sav otvoreni prostor unutar strukture rešetke, iako voda može zauzeti taj prostor i stoga ne doprinosi plovnosti.

Skeletna gustina umesto toga uzima u obzir samo delove strukture koji isključuju vodu: titanijumske zidove i zatvorene kanale ispunjene penom. To inženjerima daje jednostavno pravilo dizajniranja: ako je skeletna gustina niža od gustine okolne tečnosti, struktura će plutati — čak i kad voda teče kroz sve njene spoljašnje otvore, kažu istraživači.

Jako, lagano i otporno

Testiranje je pokazalo da je titanijumska struktura 70% jača od nerđajućeg čelika ili polietilena visoke gustine koji se uveliko koriste u pomorskim primenama, kad se uporede pri istoj ukupnoj gustini. Rezultat je bio dobar i u kratkoročnom testiranju korozije sa prirodnom morskom vodom: nakon dve nedelje u vodi, rešetka je izgubila samo 0,15% svoje mase, dok je njena jačina opala za manje od 1%.

Treba reći da je hibridna rešetka ostala plutajuća čak i nakon značajnih oštećenja, uključujući pukotine, kvarove na ključnim tačkama spajanja i slom čitavog sloja. Potonula je tek nakon što je bila teško razbijena i sabijena, što ističe potencijal da nastavi da pluta uprkos velikim strukturnim oštećenjima.

„Sićušne ćelije u peni zarobljavaju gas i sprečavaju vodu da potopi šuplje šipke“, kažu istraživači. „Tako pena funkcioniše kao raširena barijera koja pomaže strukturi da ostane na površini nakon oštećenja — za razliku od konvencionalnih šupljih pomorskih struktura, koje se mogu brzo napuniti vodom nakon pucanja“.

Prototip bove prolazi test u morskoj vodi

Tehnologija je demonstrirana pomoću 3D štampane bove koja je ostala stabilna u nemirnom kontejneru sa morskom vodom koji je rotiran do 45 stepeni.

Sledeći koraci uključuju povećanje demonstracionih delova i testiranje dugoročnog učinka u realističnim pomorskim i dubokomorskim uslovima.

Struktura je takođe veoma prilagodljiva i može se istraživanje niz drugih primena osim pomorske infrastrukture. Promena materijala unutar titanijumskog okvira mogla bi napraviti sličnu strukturu za apsorpciju energije, upravljanje toplotom, kontrolu vibracija i druge primene.

(Telegraf Nauka/TechXplore)