しかし、レーザーと3Dプリンティングの近年の発展により、ドイツのNanoscribe社が、まさにバウアー氏の求めていたものを実現できるレーザーの提供を開始しました。Nanoscribe社のシステムは、光に反応するポリマーと、レンズを用いて小さな点に正確に焦点を絞ることができるレーザーを使用しています。
蜂蜜のようなポリマーを一滴、スライドガラスの上に置き、レーザーを照射します。コンピュータ支援設計をシステムに入力し、スライドガラスを慎重に移動させることで、レーザーの固定焦点が、材料を固体化したい箇所にのみ当たるようにします。完了すると、余分な液体が洗い流され、複雑な内部構造を持つ材料が残ります。
しかし、これらの材料単体ではバウアーが期待するほどの強度が得られませんでした。そこで彼は、応力試験を行う前に、薄いアルミナ(酸化アルミニウム)の層でコーティングしました。この試験結果に基づき、彼は材料の内部構造を設計するために用いた理論モデルを改良することができました。この結果はPNAS誌に掲載されました。
ハニカム構造材料の応力試験。
アルミナ層によってこれらの材料の密度は高まりますが、いずれも水よりも軽いままです。バウアー社の最も強力な素材は、特殊なハニカム構造の内部構造を持ち、厚さ50ナノメートル(10億分の1メートル)のアルミナ層でコーティングされています。この素材は、1000kg/m 3未満のあらゆる天然素材および人工素材を凌駕し、280MPa(メガパスカルは圧力の単位)の荷重に耐えることができ、一部の鋼鉄と同等の強度を誇ります。
限界はある。Nanoscribe社のシステムは数十マイクロメートルサイズの物体しか作れない。「彼らの最新型の機械の一つはミリメートル単位の材料を作れるが、今のところはそれだけだ」と彼は付け加えた。しかし、現実の用途にはそれでは不十分だ。
しかし、この研究に不可欠な3Dプリンティング、新しいポリマー、レーザー技術といったあらゆる分野で急速な進歩が見られてきました。つまり、スキー板から航空機部品まで、あらゆるものに使える超軽量の新素材が間もなく登場する可能性があるということです。少なくとも、バウアー氏の研究は、私たちが間違いなく分子時代に入っていることを示しています。
PNAS、2014 年。DOI: 10.1073/pnas.1315147111 (DOI について)。
この記事はもともとThe Conversationに掲載されました。
訂正:水より軽い、完全な密度を持つ固体物質も存在します。これを反映してテキストを修正しました。