LLNL-Ingenieure enthüllen 3D-polycatenierte Architektmaterialien (PAMs) mit festen und flüssigkeitsähnlichen Eigenschaften

Ingenieure des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) haben in Zusammenarbeit mit CalTech und der Princeton University 3D-polycatenierte Architektmaterialien (PAMs) vorgestellt, die sowohl feste als auch flüssigkeitsähnliche Eigenschaften aufweisen. Die in *Science* veröffentlichte Studie beschreibt, wie diese komplizierten Strukturen, die aus miteinander verbundenen Schleifen oder Käfigen bestehen, dynamisch auf äußere Kräfte reagieren, indem sie sich ausdehnen, zusammenziehen oder verändern. LLNL-Mitarbeiter Xiaoxing Xia erklärte, dass die ineinandergreifenden Bausteine von PAMs eine größere Bewegungsfreiheit im Vergleich zu starren Gittern ermöglichen, wodurch sie sich unter verschiedenen Bedingungen wie eine Flüssigkeit und ein Festkörper verhalten können. Experimente zeigten eine Gravitationsrelaxation, bei der PAMs ihre Form als Reaktion auf die Schwerkraft ändern, was Anwendungen in stimuliresponsiven Materialien, Energieabsorptionssystemen und Morphing-Architekturen, insbesondere in Umgebungen mit geringer Schwerkraft, nahelegt. Das Team demonstrierte die Längenskalenunabhängigkeit von PAMs, indem es sie sowohl auf Makro- als auch auf Mikroebene herstellte und gleichzeitig konsistente mechanische Reaktionen beibehielt. Diese Skalierbarkeit deutet auf Anwendungen hin, die von mikroskopisch kleinen medizinischen Geräten bis hin zu großtechnischen architektonischen Komponenten reichen. Luft- und Raumfahrtingenieure könnten Flugzeugkomponenten entwerfen, die Festigkeit und Effizienz ausgleichen, während die Energieabsorptionsfähigkeiten von PAMs Schutzausrüstung wie Helme und Körperpanzer verbessern könnten. Die elektrostatische Reaktivität ist ein weiterer wichtiger Aspekt. Das Beschichten von PAM-Proben im Mikromaßstab mit Kupfer ergab, dass elektrostatische Kräfte dazu führen, dass sich die Ringe gegenseitig abstoßen, was zu schnellen, reversiblen Transformationen führt. Dies deutet auf einen potenziellen Einsatz in intelligenten Systemen hin, die auf elektrische Signale reagieren, wie z. B. Robotik oder tragbare Technologie, die sich in Echtzeit anpasst. Aufgrund von Variationen in den Herstellungstechniken bestehen weiterhin Herausforderungen bei der Großserienproduktion. LLNL-Forscher entwickeln neue Drucktechniken, um die Fertigung zu rationalisieren. Das Team untersucht weiterhin die Eigenschaften von PAMs unter verschiedenen Umgebungsbedingungen, um die Haltbarkeit und Leistung in der realen Welt sicherzustellen.