Le réseau 3D avec des entretoises en carbone vitreux et des entretoises de moins de 200 nm de diamètre a une résistance spécifique plus élevée que la plupart des solides.

Les scientifiques du KIT présentent maintenant la plus petite structure en treillis fabriquée par l'homme dans le Matériaux naturels journal. Ses entretoises et entretoises sont en carbone vitreux et mesurent moins de 1 µm de long et 200 nm de diamètre. Ils sont plus petits que les métamatériaux comparables d'un facteur 5. La petite dimension se traduit par des rapports résistance/densité encore jamais atteints. Applications comme électrodes, des filtres ou des composants optiques pourraient être possibles.

"Matériaux de construction légers, comme les os et le bois, se trouvent partout dans la nature, " Dr Jens Bauer du Karlsruhe Institute of Technology (KIT), le premier auteur de l'étude, explique. "Ils ont une capacité de charge élevée et un faible poids et, Par conséquent, servir de modèles pour les métamatériaux mécaniques pour des applications techniques."

Les métamatériaux sont des matériaux dont les structures à l'échelle micrométrique sont conçues et fabriquées spécifiquement pour posséder des propriétés mécaniques ou optiques qui ne peuvent pas être atteintes par des solides non structurés. Des exemples sont les capes d'invisibilité qui guident la lumière, le son ou la chaleur autour des objets, des matériaux qui réagissent de manière contre-intuitive à la pression et au cisaillement (matériaux auxétiques) ou des nanomatériaux légers à haute stabilité spécifique (force par unité de surface et densité).

La plus petite structure de réseau stable a été produite par la technologie existante de lithographie laser 3D. La structure souhaitée à l'échelle micrométrique est durcie dans une résine photosensible par des faisceaux laser de manière contrôlée par ordinateur. Cependant, la résolution de ce processus est limitée à environ cinq à dix µm de longueur et un µm de diamètre. Dans une étape ultérieure, la structure a été rétrécie et vitrifiée par pyrolyse. C'est la première fois que la pyrolyse est utilisée pour la fabrication de réseaux microstructurés. L'objet est exposé à des températures d'environ 900°C dans un four sous vide. Cela provoque une réorientation des liaisons chimiques. Sauf pour le carbone, tous les éléments s'échappent de la résistance. Le carbone non ordonné reste dans la structure en treillis rétréci sous la forme de carbone vitreux. Les structures résultantes ont été testées pour la stabilité sous pression par les chercheurs.

« D'après les résultats, la capacité portante du réseau est très proche de la limite théorique et très supérieure à celle du carbone vitreux non structuré. Le diamant est le seul solide ayant une stabilité spécifique plus élevée, " a déclaré le professeur Oliver Kraft, co-auteur de l'étude. Jusqu'à la fin de l'année dernière, Kraft a dirigé l'Institut des matériaux appliqués du KIT. Cette année, il a pris ses fonctions en tant que Vice-Président du KIT pour la Recherche.

Les matériaux microstructurés sont souvent utilisés pour l'isolation ou l'absorption des chocs. Les matériaux à pores ouverts peuvent être utilisés comme filtres dans l'industrie chimique. Les métamatériaux ont également des propriétés optiques extraordinaires qui sont appliquées dans les télécommunications. Le carbone vitreux est un matériau de haute technologie composé de carbone pur. Il combine vitreux, des propriétés céramiques avec des propriétés de graphite et présente un intérêt pour une utilisation dans les électrodes de batteries ou de systèmes d'électrolyse.