USC: Νέο υλικό που διαστέλλεται με τη θερμότητα δημιούργησαν μηχανικοί

Ομάδα μηχανικών του University of South Carolina ανέπτυξε ένα υλικό το οποίο συστέλλεται όταν θερμαίνεται, πραγματοποιώντας το πρώτο βήμα προς την ανάπτυξη ενός υλικού το οποίο δεν επηρεάζεται από τη θερμότητα.

Όπως είναι γνωστό, τα «κανονικά» υλικά, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται σε κτήρια, γέφυρες κλπ, διαστέλλονται όταν θερμαίνονται, και για αυτό απαιτείται ειδική μέριμνα ώστε να μην υπάρχουν προβλήματα με ρωγμές. «Θέλαμε να λύσουμε όλα αυτά τα προβλήματα θερμικής αναντιστοιχίας» λέει ο Κιμίνγκ Γουάνγκ, βοηθός καθηγητής στο Sonny Astani Department of Civil and Environmental Engineering, που ανέπτυξε το συστελλόμενο υλικό με την ερευνητική ομάδα του.

«Φανταστείτε να μπορούσατε να σχεδιάσετε κάποιο υλικό που δεν διαστέλλεται καθόλου».

Η δουλειά της ομάδας – σε συνεργασία με τον Κρίστοφερ Σπαντατσίνι του Lawrence Livermore National Laboratory και τον βοηθό καθηγητή Νίκολας Φανγκ του ΜΙΤ, χρηματοδοτήθηκε από το πρόγραμμα Manufacturing Machines and Equipment του National Science Foundation και το πρόγραμμα Materials with Controlled Microstructural Architectures της DARPA.

Για τη δημιουργία ενός σύνθετου υλικού που συστέλλεται όταν θερμαίνεται, ο Γουάνγκ δημιούργησε μια κατασκευαστική τεχνική που επιτρέπει στον χρήστη να εκτυπώσει τρισδιάστατα μια δομή η οποία αποτελείται από άνω του ενός «ειδικά» υλικά.

Στη διαδικασία, λεπτά στρώματα υγρού στερεοποιούνται από υπεριώδες φως ένα- ένα, με τα διαφορετικά στρώματα να εναλλάσσονται. Αυτό δημιουργεί μια τρισδιάστατη δομή οποιουδήποτε σχεδίου, με όσα υλικά χρειάζονται.

Για το υλικό του, ο Γουάνγκ σχεδίασε μια ειδική τρισδιάστατη δομή – πλέγμα, αποτελούμενη από δοκούς σε συγκεκριμένες γωνίες, έτσι ώστε να μπορεί να εκμεταλλεύεται την κανονική διαστολή τους, καθώς τα δύο υλικά διαστέλλονται με διαφορετικούς ρυθμούς, οι δοκοί έλκονται προς τα μέσα, κάνοντας τη δομή στο σύνολό της να συστέλλεται.

Η έκταση της συστολής μπορεί να ρυθμίζεται με ακρίβεια, μέσω της μεταβολής της σύνθεσης της δομής ή αλλαγών στις γωνίες των δοκών.Με αυτόν τον τρόπο, το υλικό μπορεί να ρυθμίζεται έτσι ώστε να επιτυγχάνονται οι επιθυμητές επιδόσεις- και ακόμα και μηδενική διαστολή.

Ο Γουάνγκ ωστόσο πιστεύει πως αυτός είναι μόνο ένας τρόπος – ο άλλος είναι ο συνδυασμός του πρωτοποριακού αυτού υλικού με κάποιο άλλο.

«Μπορούμε να σχεδιάσουμε ένα υλικό μηδενικής διαστολής, δημιουργώντας ένα σύνθετο υλικό, που αποτελείται από υλικό θετικής διαστολής, με ένα “αρνητικής” στο εσωτερικό του. Τότε, μπορείς να επιτύχεις το μηδέν. Αυτό ήταν το πρώτο βήμα. Πρώτα σχεδιάζεις ένα αρνητικό, και μετά προσπαθείς να δημιουργήσεις σύνθεση αυτών των δύο για να επιτύχεις το μηδέν. Αυτό θα είναι το επόμενο βήμα της έρευνας» λέει σχετικά.