Avustralya ve Fransa'daki malzeme mühendisleri, açık gözeneklerle delik deşik olmasına rağmen suda yüzen bir titanyum alaşımı kafes yapı geliştirdi. Ekip, bu bileşimin deniz yapıları, araçlar ve kurtarma ekipmanları için yeni bir tasarım alanı açtığını söylüyor.
Açık gözenekli metalik yapılar hem güçlü hem hafiftir; havacılık ve biyomedikal mühendisliğinin bunları kullanmasının nedeni de bu. Ancak suda genellikle basit bir nedenle başarısız olurlar: birbirine bağlı gözenekler dolar, dolayısıyla hacim yoğunluğu suyunkinden çok daha düşük olan bir yapı bile batar. Advanced Materials dergisinde yayımlanan bir makalede, Melbourne'daki RMIT Üniversitesi'nden Ma Qian'ın grubu ve Fransa'daki Conservatoire National des Arts et Métiers'den meslektaşları farklı bir ölçüt önerdi: yalnızca suyu dışlayan kısımları sayan "iskelet yoğunluğu". Bu değer çevredeki sıvının yoğunluğunun altındaysa, su içinden akıp geçse bile nesne yüzer.
Ekio bu ölçütü, içi boş strang kafes (hollow-strut lattice) etrafında bir melez yapı tasarlamak için kullandı. Stranglarının içinde milimetre ya da milimetre altı ölçekte kanallar bulunan bu metamalzeme, aynı yoğunluktaki dolu strang kafeslerden daha güçlü. Bu kanallar doldurulabiliyor — geleneksel dolu strang tasarımlarında bu imkânsız — bu yüzden ekip, 0,08–0,11 g/cm3 yoğunluğundaki genleşen poliüretan köpüğü Ti-6Al-4V kafesine enjekte etti. Yaklaşık 10 µm ile 200 µm arası gözeneklere sahip kapalı hücreli köpük, suyun iç kanallara girmesini engellerken dış mimari geçirgen kalıyor; böylece gözle görülür bir yoğunluk artışı olmadan yüzme kabiliyeti elde ediliyor. Mikroskopi incelemeleri köpük ile strang duvarları arasında sürekli ve kusursuz bir bağlanma olduğunu gösterdi.
Doldurulmamış kafesler, strang çapı ne olursa olsun tatlı suda battı. Doldurulmuş olanlar yüzdü: ekip numuneleri tatlı suda iki aydan fazla, ardından doğal deniz suyunda (tatlı suyun 0,997 g/cm3 değerine karşılık 1,03 g/cm3 ölçüldü) iki hafta boyunca su altında tuttu; yapılar yüzmeye devam etti ve kütlelerinin yalnızca yaklaşık yüzde 0,15'ini kaybetti — araştırmacılar bunu korozyon direnci olarak yorumluyor. Köpükle doldurulmuş kafesler, yaygın iki deniz malzemesi olan yüksek yoğunluklu polietilen ve 316L paslanmaz çelikten daha yüksek özgül mukavemet de gösterdi.
Qian, "Bu yenilik; mukavemet, düşük ağırlık ve yüzme kabiliyetine aynı anda ihtiyaç duyduğumuz deniz yapıları, araçlar ve kurtarma ekipmanları için yeni bir tasarım alanı açıyor" dedi. Aynı numaranın başka dolgu maddeleriyle de işlediğini savunuyor: kemik yenilenmesi için büyüme faktörü içeren hidrojel ile birleştirilmiş biyobozunur magnezyum iskele ya da hafif ve rijit havacılık melezleri için karbon fiber takviyeli polimerle birleştirilmiş titanyum içi boş strang kafes.
Ekip şimdi ticari ortaklar arıyor; otonom su altı araçları ve yüzer platformlar dahil daha büyük deniz uygulamalarını ve gerçekçi deniz koşullarında uzun vadeli performansı test etmek istiyor.
