Μια ερευνητική ομάδα από το North Carolina State University δημιούργησε ένα υλικό που φαίνεται να αψηφά τους νόμους της φυσικής: ένα μέταλλο τόσο ελαφρύ όσο ο αφρός, αλλά με αντοχή που ξεπερνά το ατσάλι. Το όνομά του είναι Composite Metal Foam (CMF), και η μοναδική του σύνθεση υπόσχεται να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο κατανοούμε την ανθεκτικότητα των μετάλλων.
Το CMF αποτελείται από μια μεταλλική μήτρα – συνήθως από χάλυβα ή νικέλιο – μέσα στην οποία ενσωματώνονται αμέτρητες μικροσκοπικές κούφιες σφαίρες. Αυτή η πορώδης αρχιτεκτονική δημιουργεί ένα εντυπωσιακό συνδυασμό ελαφρότητας, αντοχής και ικανότητας απορρόφησης ενέργειας. Με άλλα λόγια, πρόκειται για ένα μέταλλο γεμάτο… αέρα, που όμως μπορεί να σταματήσει δυνάμεις ικανές να διαλύσουν το συμβατικό ατσάλι. Το φαινόμενο θυμίζει τη φυσική δομή του θαλάσσιου σπόγγου ή του φελλού, μόνο που εδώ η ίδια αρχή εφαρμόζεται σε ένα εξαιρετικά σκληρό υλικό.
Η ομάδα της καθηγήτριας Afsaneh Rabiei, που ερευνά επί χρόνια τα χαρακτηριστικά των σύνθετων μεταλλικών αφρών, αποφάσισε να δοκιμάσει το CMF σε μια από τις πιο απαιτητικές δοκιμές που έχουν γίνει ποτέ. Ένα σιδηροδρομικό βαγόνι βάρους 136 τόνων, κινούμενο με ταχύτητα περίπου 8,3 χιλιομέτρων την ώρα, εκτοξεύτηκε πάνω σε μια μεταλλική πλάκα ίδιου πάχους με εκείνη που χρησιμοποιείται στα βυτιοφόρα τρένων. Η πρόσκρουση αντιστοιχούσε σε 368 κιλοτζάουλ ενέργειας — αρκετή για να προκαλέσει διάτρηση του μετάλλου. Και πράγματι, το ατσάλι υπέκυψε: η πλάκα άνοιξε τρύπα. Όμως, όταν ανάμεσα στο «σφυρί» και την πλάκα τοποθετήθηκε ένα στρώμα μόλις 30 χιλιοστών από Composite Metal Foam, το αποτέλεσμα ήταν εντελώς διαφορετικό: καμία διάτρηση, μόνο μια ελαφριά παραμόρφωση και το βαγόνι αναπήδησε προς τα πίσω.
«Το υλικό μας απορρόφησε σχεδόν όλη την ενέργεια του χτυπήματος», εξήγησε η Rabiei, υπογραμμίζοντας ότι το CMF δεν ξεχωρίζει μόνο για την ανθεκτικότητά του, αλλά και για τις θερμομονωτικές του ιδιότητες. Σε αντίθεση με τον χάλυβα, που χάνει τη δομική του ακεραιότητα σε υψηλές θερμοκρασίες, ο αφρώδης αυτός μεταλλικός σύνθετος διατηρεί τη στιβαρότητά του ακόμα και σε ακραίες συνθήκες θερμότητας. Αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά εύφλεκτων ή ασταθών ουσιών, διατηρώντας τες απομονωμένες σε περίπτωση πυρκαγιάς ή έκρηξης.
Ο συνδυασμός χαμηλού βάρους, θερμικής μόνωσης και εξαιρετικής αντοχής στην πρόσκρουση ανοίγει τον δρόμο για πλήθος εφαρμογών. Πέρα από τη βιομηχανία μεταφορών επικίνδυνων φορτίων, το CMF θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε δεξαμενές καυσίμων, σε θωρακισμένα οχήματα ή ακόμα και σε δομές αεροσκαφών, όπου κάθε γραμμάριο εξοικονόμησης μεταφράζεται σε μεγαλύτερη απόδοση και ασφάλεια. Οι ερευνητές ήδη αναπτύσσουν αλγόριθμους και υπολογιστικά μοντέλα για να καθορίζουν με ακρίβεια το ελάχιστο πάχος CMF που απαιτείται για κάθε εφαρμογή — μια προσέγγιση που θα μειώσει σημαντικά το κόστος παραγωγής και κατανάλωσης υλικού.
Για τον τομέα των σιδηροδρομικών μεταφορών, η προοπτική είναι επαναστατική. Η αντικατάσταση ή ενίσχυση των τοιχωμάτων των βυτιοφόρων βαγονιών με Composite Metal Foam θα μπορούσε να μειώσει δραματικά τον κίνδυνο διαρροών και πυρκαγιών σε περίπτωση ατυχήματος. Η ιδέα των «αντιδιατρητικών» βαγονιών, ικανών να απορροφούν τις δυνάμεις μιας σύγκρουσης χωρίς να υποχωρούν, δεν φαντάζει πλέον επιστημονική φαντασία. Αν οι επόμενες δοκιμές σε πραγματική κλίμακα επιβεβαιώσουν τα εντυπωσιακά εργαστηριακά αποτελέσματα, είναι πολύ πιθανό στο κοντινό μέλλον να δούμε τέτοια οχήματα να μεταφέρουν χημικά ή ενεργειακά φορτία με επίπεδα ασφάλειας που δεν έχουμε ξαναδεί.
[source]
