Учени създадоха титан, който плава върху водата

Екип от Центъра за адитивно производство на университета RMIT в Мелбърн е направил първата метална решетка с отворени клетки, която плава във вода — и продължава да плава дори след като е напукана и частично счупена. Материалът е от титанова сплав Ti-6Al-4V, чиято плътност е около 4,43 g/cm³, тоест над четири пъти по-голяма от тази на водата. Изследването излезе в списание Advanced Materials на 3 септември 2026 г., а за резултата съобщи и New Atlas.

Определението „метална пяна“ тук е неточно в един важен детайл: пяната не е от метал. Титанът е решетка с кухи греди, а в самите греди е инжектирана полиуретанова пяна. Водата спокойно преминава през външните отвори на конструкцията — просто няма как да влезе в скелета ѝ.

Защо досега металните решетки потъваха

Проблемът е стар и звучи парадоксално. „Макар че металните решетки могат да бъдат изключително леки — с плътност под една десета от тази на водата — техните отворени, свързани помежду си пространства позволяват на водата да влезе и затова потъват“, обяснява д-р Джордан Норонха, който води изследването.

С други думи, празнините не помагат за плаваемостта, ако се пълнят с вода. Запълването им с плътен материал пък унищожава точно това, заради което решетките са интересни — леката, отворена структура.

Решението на екипа е да раздели двете неща. С лазерно синтероване на прахово легло (laser powder bed fusion) са отпечатани кубични решетки от 4 × 4 × 4 клетки по 10 mm, чиито греди са кухи: стена от 0,2 mm и вътрешен канал с диаметър между 2,5 и 4 mm. Каналите са свързани, така че през тях се инжектира полиуретан, който се разширява 9 до 12 пъти и запълва цялата вътрешна мрежа. Клетките на втвърдената пяна са между 10 и 200 микрометра и са затворени — газът в тях не позволява на водата да проникне.

Снимка: Sara Tan, RMIT University

„Скелетна плътност“ — новото правило

Цената на този трик е изненадващо ниска: пяната е с плътност между 0,077 и 0,112 g/cm³ и вдига общата плътност на детайла само с 5,9 до 7,3%. Крайният резултат е обемна плътност около 0,27 g/cm³.

По-интересното е показателят, който авторите въвеждат — скелетна плътност. Тя отчита само онези части, които наистина изтласкват вода: титановите стени и запълнените с пяна канали. В експериментите стойностите ѝ варират от 0,80 до 1,27 g/cm³, а прагът за плаване е плътността на водата в теста — 0,997 g/cm³.

„Това дава на инженерите просто проектно правило: ако скелетната плътност е по-ниска от тази на околната течност, конструкцията ще плава — дори когато водата тече през всичките ѝ външни отвори“, казва Норонха.

По-здраво от стомана и от полиетилен

Плаващият материал не е крехък компромис. При еднаква обемна плътност титаново-полиуретанният хибрид достига граница на провлачване от 10,3 MPa — около 1,5 пъти повече от неръждаема стомана 316L и 1,9 пъти повече от полиетилен с висока плътност (HDPE), тоест точно материалите, от които днес се правят шамандури и понтони. В съобщението на RMIT разликата е обобщена като „70% по-здрав“ при равна плътност.

Издръжливостта при повреда е другата изненада. Образците са оставали на повърхността след напукване, след скъсване на възли и дори след пълно разрушаване на цял слой от решетката. Потъвали са едва при силно смачкване, когато кухите греди вече са били отворени.

Тестът за корозия е правен в морска вода от залива Порт Филип край Мелбърн. След две седмици загубата на маса е 0,15%, а спадът в якостта — под 1%. В сладка вода образците са плавали повече от два месеца без видим теч.

Снимка: Sara Tan, RMIT University

Къде може да влезе в употреба

Екипът е отпечатал и демонстрационна шамандура с височина 100 mm и ширина 85 mm. Очевидните приложения са морската инфраструктура: кейове, шамандури, плаващи сензори, офшорни платформи — среда, в която корозията изяжда стоманата, а пластмасата не издържа на натоварване. Морето получава все повече техника за дълъг престой, включително подводни хранилища за CO₂ като Greensand, и издръжливите материали там не са лукс.

Ръководителят на проекта проф. Ма Циен посочва и по-широката идея: „Като сменим материала вътре в титановата рамка, бихме могли да настроим подобна структура за поглъщане на енергия, управление на топлината, контрол на вибрациите и други приложения.“

Какво още липсва

Разумно е да се каже и какво не показва работата. Тестовете са лабораторни и краткосрочни — две седмици в морска вода и два месеца плаване не са същото като десетилетие на кей. Не е ясно как полиуретанът ще се държи при цикли на замръзване, UV облъчване и биологично обрастване, нито колко ще струва серийното производство: лазерното синтероване на титан остава скъп процес, а шамандурите се правят от евтина пластмаса по причина.

Изследването е финансирано от Австралийския съвет за научни изследвания и е направено в сътрудничество с Conservatoire National des Arts et Métiers във Франция.

Заключение

Приносът тук не е толкова конкретната шамандура, колкото правилото: разделете „каквото носи товара“ от „каквото изтласква водата“ и металните решетки престават да бъдат обречени да потъват. Скелетната плътност е проста мярка, която всеки конструктор може да пресметне предварително — и това обикновено е признакът, че един лабораторен резултат има шанс да стигне до реални изделия.