Швейцарские ученые предложили простой и масштабируемый метод получения волокон из аморфных металлов. Небольшие ленты из металлического стекла, покрытые термопластичным полимером, поэтапно растягивали при высоких температурах. В результате авторы получили микро- и нановолокна длиной в десятки метров. Материалы протестировали на примере в умных тканях и биологически совместимых устройствах на крысах. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Аморфные металлы представляют особый интерес для материаловедов, так как благодаря неупорядоченности атомов они обладают высокой прочностью и вязкостью, коррозийной стойкостью и высокой магнитной проницаемостью. В микро- и наномасштабах физические свойства таких материалов также зависят от геометрических параметров. Устройства с элементами наноматериалов из аморфных металлов пригодились бы в создании МЭМС и биоразлагаемых имплантатов.

Многие способы получения наноструктур из металлического стекла включают этапы травления или вырезания из крупной массы материала. Получить их напрямую сложно, однако Вэй Янь (Wei Yan) с коллегами из Федеральной политехнической школы Лозанны предложили простой подход к созданию микро- и нановолокон из аморфных металлов в гибких полимерных оболочках по технологии термического вытягивания. Аналогично созданию оптоволокна, ленту из аморфного метала, покрытого термопластичным полимером, вытягивали под действием высоких температур.

Оба материала ленты должны быть пластичными при температуре вытягивания, поэтому авторы исследования выбрали в качестве материалов для создания волокон полиэфиримид и аморфный сплав из платины, меди, никеля и фосфора. При первом вытягивании металлическая лента толщиной в 60 микрон утончалась до единиц микрон. Часть этой ленты отрезали, снова оборачивали в полиэфирамид и вытягивали, уменьшая толщину до нескольких сотен нанометров. Третье вытягивание позволяло получать волокна толщиной в несколько десятков нанометров. Полимерную оболочку затем можно легко снять механически или растворить.

Вытягивание проводили последовательно, в результате получали волокна толщиной от 40 до 100 нанометров
Вытягивание проводили последовательно, в результате получали волокна толщиной от 40 до 100 нанометров

Контролируя кристаллизацию и разрушения внутри волокна, авторы вытянули длинные (десятки метров), упорядоченные и унифицированные волокна диаметром от 40 нанометров до нескольких микрометров. С помощью просвечивающей электронной микроскопии исследователи наблюдали за кинетикой кристаллизации в зависимости от размеров волокон. Сплав на каждом этапе оставался аморфным.

Металлические стекла сочетают свойства электронной проводимости порядка миллионов сименс на метр и ковкость, которая позволяет смешиваться с другими материалами, например с фоточувствительным селеном. Поэтому при вплетении в материалы они могут найти применение в умных тканях. Помимо этого, металлическое стекло обладают электрохимической и окислительной стабильностью. Авторы создали по своей технологии электроды в электростимулирующем имплантате для крыс, который по команде заставлял грызунов ходить.

Полученне проводящие волокна можно вплетать в умные ткани
Полученне проводящие волокна можно вплетать в умные ткани
Электростимулирующий имплант заставлял крыс ходить и проработал на протяжении 12 недель
Электростимулирующий имплант заставлял крыс ходить и проработал на протяжении 12 недель

По словам авторов, предложенная технология позволяет вытягивать километровые наноленты, причем не только из использованных в исследовании сплавов, но и из других, подходящих по реологическим свойствам, и с другими полимерами.