Forscher des California Institute of Technology (Caltech) haben kürzlich ein neues Verfahren zur 3D-Druck-Fertigung von mikroskopisch kleinen Metallteilen präsentiert, welches überraschende Vorteile aufweist. Dabei handelt es sich um eine Weiterentwicklung einer Methode, die bereits letztes Jahr von demselben Team vorgestellt wurde, jedoch nun auf der Nanoskala funktioniert.
Überraschende Stärke dank „unordentlicher“ Atomanordnung
Eine bemerkenswerte Entdeckung des Teams ist, dass die atomare Anordnung innerhalb dieser winzigen Metallstrukturen ungeordnet ist. Üblicherweise würde diese Art von „Unordnung“ dazu führen, dass Materialien in größerem Maßstab als schwach oder „niedrige Qualität“ betrachtet werden. Aber im Fall dieser Nanoteile hat diese atomare Unordnung den gegenteiligen Effekt: Die Teile können drei bis fünf Mal stärker sein als gleichgroße Strukturen mit ordentlicheren atomaren Anordnungen.
- Die Forschungsergebnisse wurden unter dem Titel „Suppressed Size Effect in Nanopillars with Hierarchical Microstructures Enabled by Nanoscale Additive Manufacturing“ veröffentlicht.
Der Prozess dahinter
Um diese beeindruckenden Strukturen herzustellen, verwendet das Forschungsteam einen lichtempfindlichen „Cocktail“, der hauptsächlich aus einem Hydrogel besteht. Dieses Hydrogel wird dann mit einem Laser gehärtet, um ein 3D-Gerüst in der gewünschten Form der Metallteile zu erstellen. Anschließend werden diese Teile mit einer wässrigen Lösung, die Nickelsalze enthält, imprägniert. Nachdem die Teile mit den Metallsalzen gesättigt sind, werden sie gebacken, bis das gesamte Hydrogel verbrannt ist, sodass nur noch die Metallsalze in der gewünschten Form übrig bleiben. Diese werden dann in ihre metallische Form zurückverwandelt.
Julia R. Greer, die leitende Forscherin, betonte, wie die Unordnung auf atomarer Ebene den Materialien ihre unerwartete Stärke verleiht. Sie erklärte, dass die vielen Mängel, die ein Metallteil in größerem Maßstab schwächen würden, die Nanoteile stattdessen stärken.
Potentielle Anwendungen
Dank der additive Fertigung dieser Nanometallstrukturen könnten viele nützliche Komponenten, wie Katalysatoren für Wasserstoff, Elektroden für kohlenstofffreies Ammoniak und andere Chemikalien sowie wichtige Teile von Geräten wie Sensoren, Mikrorobotern und Wärmetauschern, hergestellt werden.