Исследователи из Калифорнийского технологического института (Caltech) добились значительного прогресса в области 3D-печати, разработав методику, позволяющую создавать металлические наноструктуры размером всего в 150 нанометров, что сопоставимо с размерами вируса гриппа. Эти структуры обладают прочностью в 3-5 раз выше, чем у макроскопических аналогов. Открытие, опубликованное в журнале Nano Letters, открывает новые перспективы для разработки наносенсоров, теплообменников и других нанотехнологических устройств.

Источник изображений: Caltech

Ведущий автор исследования Вэньсинь Чжан (Wenxin Zhang) отмечает: «На атомарном уровне эти наноматериалы имеют очень сложную микроструктуру». В макроскопическом масштабе такая неупорядоченность атомов привела бы к существенным дефектам, делая материалы слабыми и низкокачественными. Однако на наноуровне этот беспорядок оборачивается преимуществом, увеличивая прочность материала.

«Обычно носитель деформации в металлических наностолбиках — это дислокация или сдвиг — распространяется, пока не сможет выйти на внешнюю поверхность. Но в присутствии внутренних пор распространение быстро прекращается на поверхности поры, а не продолжается через весь столбик. Как правило, инициировать носитель деформации сложнее, чем позволить ему распространяться, что объясняет, почему данные столбики могут быть прочнее своих аналогов», — объясняет Чжан. Это свойство делает наноструктуры неожиданно прочными.

Технология создания наноматериалов включает в себя работу с фоточувствительной смесью, содержащей гидрогель, которую затем затвердевают лазером, создавая 3D-каркас в форме желаемых металлических объектов. В этом исследовании объектами были серии микростолбиков и нанорешёток. Затем гидрогелевые детали пропитывают водным раствором, содержащим ионы никеля.

Наноразмерная решётка, полученная по новой методике, разработанной в лаборатории Джулии Р. Грир (Julia R. Greer)

После насыщения металлическими ионами детали обжигают до полного выгорания гидрогеля, оставляя части в той же форме, что и оригинальные, но уменьшенные и состоящие полностью из металлических ионов, теперь окисленных (связанных с атомами кислорода). На последнем этапе атомы кислорода химически удаляют из деталей, превращая металлический оксид обратно в металлическую форму.

«Во время этого процесса одновременно происходят все термические и кинетические процессы, и они приводят к очень сложной микроструктуре. Вы видите дефекты, такие как поры и нерегулярности в атомной структуре, которые обычно считаются дефектами, уменьшающими прочность. Если бы вы строили что-то из стали, например блок двигателя, вы бы не хотели видеть такую микроструктуру, потому что она значительно ослабила бы материал», — рассказывает Джулия Р. Грир (Julia R. Greer), профессор материаловедения, механики и медицинской инженерии Caltech и руководитель лаборатории, где проводилось исследование. Однако в данном случае эти дефекты, напротив, увеличивают прочность материала на наноуровне.

Нерегулярная внутренняя структура никелевого микростолбика

Процесс 3D-печати металлических структур на наноуровне, по словам Грир, может найти применение в создании множества полезных компонентов, включая катализаторы для водорода, электроды для хранения аммиака и других химикатов без углерода, а также важные части устройств, таких как сенсоры, микророботы и теплообменники.

Аспирантка факультета машиностроения Вэньсинь Чжан (Wenxin Zhang) работает в лаборатории нанотехнологий

Это открытие подчёркивает необычные свойства материи на наноуровне и предвещает революцию в создании нанотехнологических устройств. «Физика на наноуровне действительно странная, и чем глубже мы погружаемся в этот мир, тем чаще сталкиваемся с необычными законами», — заключает Чжан. Это напоминает о том, что наука и технологии неустанно движутся вперёд, открывая новые возможности для применения наноматериалов в различных сферах, от медицины до космических исследований.

Samsung, выступающая ответчиком в судебной тяжбе с Калифорнийским технологическим институтом (Калтех), не смогла убедить федеральный суд Восточного Техаса приостановить рассмотрение дела, пока оспаривается действие патентов, которые послужили основанием для подачи иска.

Источник изображения: succo / pixabay.com

Окружной судья Родни Гилстрап (Rodney Gilstrap) заявил, что не видит необходимости приостанавливать слушания на время изучения документов Палатой по рассмотрению патентных споров и апелляций (PTAB) — это может нанести ущерб истцу. Калтех подал в суд на Samsung после того, как ему удалось выиграть тяжбу против Apple и Broadcom с тем же комплектом документов. Тогда институту присудили компенсацию в размере $1,1 млрд, но ответчикам удалось выиграть апелляцию, и дело будет рассматриваться повторно. Аналогичные иски были поданы против Microsoft, Dell и HP.

В 2021 году Калтех обвинил Samsung в нарушении тех же патентов, заявив, что описанные в них технологии передачи данных незаконно используются корейским производителем при выпуске оснащённых поддержкой Wi-Fi продуктов: смартфонов, планшетов, смарт-часов, телевизоров и холодильников. В ответ Samsung оспорила действие этих документов в Управлении США по патентам и торговым маркам (USPTO). Компания обратилась в суд с ходатайством о приостановке слушаний до завершения экспертизы — в качестве аргументов ответчик заявил, что судебный процесс находится на ранней стадии, а решение PTAB упростит дальнейшее рассмотрение дела.

Судья Гилстрап ответил, что приостановка слушаний не более чем затянет дело, и не факт, что решение PTAB каким-то образом упростит его дальнейшее рассмотрение — ведомство вообще ещё даже не назначило экспертизы спорных документов. Пауза, добавил судья, потребует от сторон дополнительных ресурсов, а с затягиванием дела, которое и так рассматривается уже более года, затягивается и возможность для Калтеха защитить свои патентные права. Судебные слушания начнутся в сентябре, а решение относительно действительности патентов может быть вынесено в ноябре.