20 фев 2025 895

Ученые придумали инновационную нанокерамику, которая преобразит жизнь каждого

Материал, из которого сделаны наши кофейные чашки, может повлиять на диагностику болезней, очистку вод и изоляцию космических челноков. Поможет этому совершенно новый подход при производстве керамики.

Машиностроители из частного вуза — Университет Карнеги-Меллона — создали технологию 3D-AJP, то есть аэрозольной струйной 3D-нанопечати. Она позволяет создавать едва видимые невооружённым глазом сложные керамические микроструктуры. Размером изделия всего около 10 микрометров, то есть меньше толщины человеческого волоса. Структуры в виде колонн, спиралей и решёток обладают контролируемой пористостью, что делает их пригодными для применения в различных областях.

Керамика — уникальный материал, известный своей долговечностью, термостойкостью, низкой теплопроводностью и биосовместимостью. Однако традиционные методы производства имеют существенные ограничения. Например, после печати из керамики основной материал часто даёт усадку на 15–43%. При таком колебании геометрии производителям сложно избежать брака.

Технология 3D-AJP решает эту проблему: усадка при таком подходе составляет всего 2–6%, что позволяет создавать точные и прочные структуры. Кроме того, метод не требует добавок в «чернила», что упрощает процесс производства.

Создание таких сложных керамических структур было бы невозможно с использованием традиционных методов. Изделия просто разлетелись бы вдребезги

— профессор машиностроения Рахул Панат.

Уникальность изобретения состоит в том, что 3D-AJP позволяет печатать двумя разными типами керамики внутри одной структуры, что открывает новые горизонты для инженерных решений.

С помощью этих структур мы можем обнаружить признаки рака молочной железы, воспаления и другие нежелательные молекулы в образце крови всего за 20 секунд

— Панат.

Разработка стала продолжением прежнего успеха специалистов. Ранее научная группа Паната создала металлический биосенсор для обнаружения COVID-19 всего за десять секунд. Аналогичный датчик из керамики выгодно отличался бы тем, что его можно производить почти впятеро быстрее.

Панат также отметил преимущества технологии для очистки воды и теплоизоляции. Под ультрафиолетовым светом и при добавлении оксида цинка химикаты имеют свойство разлагаться. Создав объёмную структуру с большей площадью поверхности можно в четыре раза увеличить скорость и эффективность очистки воды.

Возможность контролировать пористость изделий также позволила бы регулировать теплопроводность изоляционных материалов для космических челноков.