Fancy erector set? Nee. De uitgebreide fractale structuur die rechts wordt getoond (met een close-up hieronder) is veel, vele malen kleiner dan dat en zeker geen kinderspel. Het is het laatste voorbeeld van wat Julia Greer, hoogleraar materiaalkunde en mechanica, noemt een fractal nanotruss-nano omdat de structuren zijn opgebouwd uit leden die zo dun zijn als vijf nanometer (vijf miljardste van een meter); truss omdat het zorgvuldig ontworpen constructies zijn die ooit zouden kunnen worden gebruikt in bouwtechnische materialen.

Greer's group heeft een proces in drie stappen ontwikkeld om dergelijke complexe constructies zeer nauwkeurig te bouwen. Ze gebruiken eerst een directe laserschrijfmethode genaamd twee-fotonlithografie om een ​​driedimensionaal patroon in een polymeer te "schrijven", waardoor een laserstraal het polymeer kan verknopen en uitharden, waar het ook wordt gefocust. Aan het einde van de patroonstap, de delen van het polymeer die aan de laser werden blootgesteld, blijven intact terwijl de rest wordt opgelost, het onthullen van een driedimensionale steiger. Volgende, de wetenschappers bekleden de polymeersteiger met een continue, zeer dunne laag van een materiaal - het kan keramiek zijn, metaal, metaal glas, halfgeleider, "zo ongeveer alles, " zegt Greer. In dit geval, ze gebruikten aluminiumoxide, of aluminiumoxide, dat is een bros keramiek, de steiger te coaten. In de laatste stap etsen ze het polymeer uit de structuur, een holle architectuur achterlatend.

Door gebruik te maken van enkele van de grootte-effecten die veel materialen op nanoschaal vertonen, deze nanotrussen kunnen ongebruikelijke, gewenste eigenschappen. Bijvoorbeeld, intrinsiek brosse materialen, zoals keramiek, inclusief het getoonde aluminiumoxide, kunnen vervormbaar worden gemaakt, zodat ze kunnen worden verpletterd en nog steeds terugkeren naar hun oorspronkelijke staat zonder wereldwijd falen.

"Door volledige controle over de architectuur hebben we de mogelijkheid om materiaaleigenschappen af ​​te stemmen op wat voorheen onbereikbaar was met conventionele monolithische materialen of met schuim, " zegt Greer. "Bijvoorbeeld, we kunnen sterkte loskoppelen van dichtheid en materialen maken die zowel sterk (en taai) als extreem licht zijn. Deze constructies kunnen bijna 99 procent lucht bevatten, maar kunnen ook zo sterk zijn als staal. Door ze in fractals te ontwerpen, kunnen we hiërarchisch ontwerp opnemen in materiële architectuur, die belooft verdere gunstige eigenschappen te hebben."

De leden van Greer's groep die hebben geholpen bij het ontwikkelen van het nieuwe fabricageproces en deze nanotrussen hebben gemaakt, zijn afgestudeerde studenten Lucas Meza en Lauren Montemayor en Nigel Clarke, een niet-gegradueerde stagiair van de Universiteit van Waterloo.