Ламаючи фізику: дослідники створили плавучу конструкцію з титану

Дослідники з Університету RMIT представили перший у світі плавучий метаматеріал на основі титану. Ця розробка є структурою з відкритими комірками, виготовлену методом 3D-друку, що поєднує титановий сплав та поліуретанову піну.

Традиційно титан, маючи щільність близько 4,43 г/см³ (у понад чотири рази щільніший за воду), не є плавучим. Однак інженери надрукували порожнисті балки з титанового сплаву Ti-6Al-4V, стінки яких мали товщину 0,2 мм, а внутрішні канали – 2,5-4 мм. Ці канали заповнили поліуретановою піною, яка розширювалась, створюючи герметичні мікроскопічні бульбашки, що затримують газ і не пропускають воду.

Такий підхід дозволив створити конструкцію, де титан забезпечує міцність та корозійну стійкість, а піна – плавучість. Важливо, що додавання піни лише незначно (на 5,9–7,3%) збільшило об’ємну щільність матеріалу і не суттєво вплинуло на його механічні характеристики, такі як межа плинності та жорсткість. Матеріал виявив вищу питому міцність порівняно з високощільним поліетиленом та нержавіючою сталлю 316L.

Проведені випробування показали, що конструкція зберігає плавучість навіть після значних пошкоджень, таких як тріщини, руйнування з'єднань і навіть цілих шарів ґратки. Зразки, занурені у прісну та морську воду на тривалі періоди, продемонстрували стійкість до корозії та збереження плавучості з мінімальною втратою маси й міцності.

Застосування 3D-друку дає змогу точно контролювати геометрію каркаса, оптимізуючи співвідношення міцності до ваги. Це відкриває двері для виробництва легких, але дуже міцних конструкцій, які можуть витримувати агресивні морські умови.

Що це означає: Розробка плавучих титанових метаматеріалів відкриває значні економічні перспективи для морської галузі. Можливість створення довговічних буїв, плавучих датчиків та інших об'єктів морської інфраструктури, що не тонуть навіть після пошкоджень, може знизити експлуатаційні витрати, підвищити безпеку та ефективність морських операцій. Технологія також може бути адаптована для створення матеріалів з іншими функціональними властивостями, наприклад, для поглинання енергії або терморегуляції, розширюючи сфери її застосування в інженерії та виробництві.