I en ny artikel publicerad i Proceedings of the National Academy of Science ( PNAS ), forskare i laboratoriet av Julia R. Greer, professor i materialvetenskap, Maskinteknik och medicinsk teknik, har designat en ny typ av hierarkisk nanostruktur som är starkare än tidigare gitterstrukturer och studsar tillbaka med mindre skada efter komprimering. Hierarkiskt konstruerade strukturer, som Eiffeltornet, är utformade som fraktaler, upprepa mönster som är desamma, eller självliknande, på varje förstoringsnivå.

"Det är i grunden ett galler av balkar gjorda av ett galler av balkar, med den minsta dimensionen på cirka 10, 000:e av din hårdiameter, "säger Lucas Meza, en fjärdeårs doktorand i Greer lab och den första författaren på pappret. "Det kallas en andra ordnings gitter. Ju fler galler av balkar gjorda av galler av balkar, den högre ordningen hierarkin får. "

Meza och hans kollegor experimenterade med flera versioner av denna arkitektur, med resultaten av dessa försök som visas i dessa videor. Nanolaget av ihåliga keramiska balkar visade störst "återvinningsbarhet, "eller studsa tillbaka, även efter att ha blivit grovt deformerad. Detta sker genom en process som kallas skalbockning, där keramiken kan skrynklas som ett papper under stress och sedan återhämta sig när spänningen avlägsnas.

På skalor större än nanometer, keramik misslyckas ofta av sprickor och defekter (en tappad kaffekopp visar denna effekt). Men vid tjocklekar på cirka 20 nanometer - tjockleken på skalet på en ihålig balk - närmar sig keramiken dess teoretiska materialstyrka eftersom sannolikheten för att hitta en brist eller spricka i något som är tunn minskar avsevärt. Detta representerar den "sanna" mängden kraft ett material tål om det inte har några defekter. Även om gitteret i videon är 99 procent luft, dess styrka är jämförbar med den hos skumstrukturer som är tätare av två storleksordningar.