Caltech-onderzoekers hebben een keramisch materiaal bedacht dat voor 99,9 procent uit lucht bestaat en zich laat samenpersen tot de helft van zijn volume zonder te breken. Kwestie van alle onderdelen dun genoeg maken, schrijven Julia Greer en collega’s in Science.

Ze stellen onder meer voor om er zeppelins mee te vullen. De lichtste variant die ze tot nu toe hebben gemaakt heeft een soortelijke massa van slechts 6,3 kilogram per kubieke meter, en is dus nog maar vijf keer zo zwaar als lucht. Lukt het om hier een holle koker van te maken die niet in elkaar klapt als je hem vacuüm zuigt, dan heb je de eerste stijve constructie uit de geschiedenis die lichter dan lucht is zonder dat je hem met brandbare waterstof of onbetaalbare helium in vorm hoeft te houden.

Het geheim zit in het zo dun mogelijk maken van de onderdelen van de keramiekstructuur. Dat verkleint de kans dat er gaatjes of andere onvolmaaktheden in sluipen die het begin van een brosse breuk kunnen zijn. Greer en collega’s bouwen hun keramiek dan ook op als een soort nano-vakwerkstructuur, met ‘liggers’ van hooguit enkele tientallen nanometers dik.

Het fabricageproces kent drie stappen. Eerst vervaardig je een negatief van de constructie uit kunststof met behulp van ‘two photon lithography’, een variant op het aloude 3D-printproces waarbij je een lichtgevoelige hars deels laat uitharden met behulp van een laser.

Vervolgens coat je de gaten in de structuur met een metaal of keramisch materiaal naar keuze. En als laatste ets je met een zuurstofplasma het polymeer er tussen uit.

Of het resultaat bij belasting in kleine stukjes breekt of niet, hangt helemaal af van de dikte. Greer deed proeven met aluminiumoxidestructuren, waarvan de elementen ongeveer vijf micrometer lang zijn en driekwart micrometer breed. Neem je 50 nanometer als dikte, dan versplintert de structuur. Reduceer je het tot 10 nm, dan veert ze alleen maar in, en veert ook net zo gemakkelijk weer terug als je de belasting weghaalt.

Het productieproces opschalen naar zeppelinformaat is de volgende uitdaging.

bron: Science, Caltech