In een nieuw artikel gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Science ( PNAS ), onderzoekers in het laboratorium van Julia R. Greer, hoogleraar Materiaalkunde, Werktuigbouwkunde en medische techniek, hebben een nieuw soort hiërarchische nanostructuur ontworpen die sterker is dan eerdere roosterstructuren en na compressie met minder schade terugkaatst. Hiërarchische gemanipuleerde structuren, zoals de Eiffeltoren, zijn ontworpen als fractals, herhalende patronen die hetzelfde zijn, of zelf-gelijkend, op elk vergrotingsniveau.

"Het is eigenlijk een rooster van balken gemaakt van een rooster van balken, met de kleinste afmeting van ongeveer 10, 000ste van je haardiameter, " zegt Lucas Meza, een vierdejaarsstudent in het Greer-lab en de eerste auteur op het papier. "Dat heet een tweede-orde rooster. Hoe meer roosters van balken gemaakt van roosters van balken, hoe hoger de rangorde de hiërarchie krijgt."

Meza en zijn collega's experimenteerden met verschillende versies van deze architectuur, met de resultaten van deze proeven die in deze video's worden getoond. Het nanorooster gemaakt van holle keramische balken vertoonde de grootste "herstelbaarheid, " of terugkaatsen, zelfs nadat ze ernstig vervormd zijn. Dit gebeurt via een proces dat bekend staat als shell buckling, waarbij het keramiek onder spanning kan verkreukelen als een stuk papier en zich vervolgens kan herstellen wanneer de spanning wordt weggenomen.

Op schalen groter dan nanometer, keramiek bezwijkt vaak door scheuren en defecten (een gevallen koffiekopje zal dit effect aantonen). Maar bij diktes van ongeveer 20 nanometer - de dikte van de schaal van een holle balk - benadert keramiek zijn theoretische materiaalsterkte omdat de kans op het vinden van een fout of een scheur in iets dat dun is aanzienlijk wordt verminderd. Dit vertegenwoordigt de "echte" hoeveelheid kracht die een materiaal kan weerstaan ​​als het geen defecten heeft. Hoewel het rooster in de video voor 99 procent uit lucht bestaat, zijn sterkte is vergelijkbaar met die van schuimstructuren die twee orden van grootte dichter zijn.