La celosía 3-D con puntales y tirantes de carbono vítreo de menos de 200 nm de diámetro tiene una resistencia específica más alta que la mayoría de los sólidos.

Los científicos de KIT ahora presentan la estructura de celosía más pequeña hecha por el hombre en el Materiales de la naturaleza diario. Sus puntales y tirantes están hechos de carbono vítreo y tienen menos de 1 µm de largo y 200 nm de diámetro. Son más pequeños que los metamateriales comparables por un factor de 5. La dimensión pequeña da como resultado proporciones de fuerza a densidad no alcanzadas hasta ahora. Aplicaciones como electrodos, pueden ser posibles filtros o componentes ópticos.

"Materiales de construcción ligeros, como huesos y madera, se encuentran en todas partes en la naturaleza, "Dr. Jens Bauer del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), el primer autor del estudio, explica. "Tienen una gran capacidad de carga y un peso reducido y, por eso, sirven como modelos de metamateriales mecánicos para aplicaciones técnicas ".

Los metamateriales son materiales cuyas estructuras a escala micrométrica se planifican y fabrican específicamente para poseer propiedades mecánicas u ópticas que no pueden lograrse con sólidos no estructurados. Algunos ejemplos son las capas de invisibilidad que guían la luz, sonido o calor alrededor de objetos, materiales que reaccionan de forma contradictoria a la presión y el cizallamiento (materiales auxéticos) o nanomateriales ligeros de alta estabilidad específica (fuerza por unidad de área y densidad).

La estructura de celosía estable más pequeña fue producida por la tecnología de litografía láser 3D existente. La estructura de escala micrométrica deseada se endurece en una fotorresistencia mediante rayos láser de una manera controlada por computadora. Sin embargo, la resolución de este proceso está limitada a aproximadamente cinco a diez µm de longitud y un µm de diámetro. En un paso posterior, la estructura se encogió y vitrificó por pirólisis. Esta es la primera vez que se utiliza la pirólisis para fabricar celosías microestructuradas. El objeto se expone a temperaturas de alrededor de 900 ° C en un horno de vacío. Esto hace que los enlaces químicos se reorienten. Excepto por el carbono, todos los elementos escapan de la resistencia. El carbono desordenado permanece en la estructura reticular encogida en forma de carbono vítreo. Los investigadores probaron la estabilidad bajo presión de las estructuras resultantes.

"De acuerdo a los resultados, la capacidad de carga de la celosía está muy cerca del límite teórico y muy por encima de la del carbono vítreo no estructurado. El diamante es el único sólido que tiene una mayor estabilidad específica, "dijo el profesor Oliver Kraft, coautor del estudio. Hasta finales del año pasado, Kraft dirigió el Instituto de Materiales Aplicados de KIT. Este año, asumió el cargo de vicepresidente de investigación de KIT.

Los materiales microestructurados se utilizan a menudo para aislamiento o absorción de impactos. Los materiales de poros abiertos se pueden utilizar como filtros en la industria química. Los metamateriales también tienen propiedades ópticas extraordinarias que se aplican en telecomunicaciones. El carbono vítreo es un material de alta tecnología hecho de carbono puro. Combina vidrioso, propiedades cerámicas con propiedades del grafito y es de interés para su uso en electrodos de baterías o sistemas de electrólisis.