- 研究人員設計的納米晶體結構的壁厚約為160納米，達到了多孔材料強度和剛度的理論極限。
加州大學歐文分校和其他機構的研究人員已經在建築上設計出了板狀納米結構——納米尺寸的碳結構——其強度與密度之比比鑽石還要強。
在《自然通訊》雜誌最近的一項研究中，科學家們報告了這種材料在概念化和製造方面的成功。
“以前基於波束的設計雖然很有趣，但在機械性能方面卻不是那麼有效，”研究人員說。“我們創造的這類新的平板納米晶格比最好的光束納米晶格更強、更硬。”
根據這篇論文，該團隊的設計已經表明，柱形梁結構的平均性能提高了639%的強度和522%的剛度。
科學家們已經預測到，以平板為基礎設計的納米晶格將非常堅固，但以這種方式製造結構的難度意味著，這個理論從未得到證實，直到該團隊成功地做到了這一點。
研究小組的成果依賴於一種稱為雙光子光刻直接激光書寫的複雜三維激光打印過程。當一層一層地加入一種紫外線光敏樹脂時，這種材料在兩個光子相遇的地方就變成了一種固體聚合物。通過掃描激光或在三維空間中移動舞臺，該技術能夠呈現細胞的週期性排列，每個細胞由160納米厚的板組件組成。
該小組的創新之一是在盤子上開了一個小洞，可以用來去除成品材料中多餘的樹脂。作為最後一步，格子經過高溫分解，在真空中加熱到900攝氏度，持續一小時。最終的結果是一種由玻璃碳構成的立方體晶格，其強度是科學家們所能想到的多孔材料中最高的。
這項研究的另一個目標和成就是利用天然物質的機械效應。當你拿起任何一塊材料，並將其尺寸大幅縮小至100納米，它就會接近一種沒有氣孔或裂紋的理論晶體。減少這些缺陷會增加系統的整體實力。
“在此之前，還沒有人制造出獨立於規模之外的結構，”領導UCI設計和製造創新研究所的瓦爾代維特補充道。“我們是第一個通過實驗驗證其性能與預期一致的團隊，同時也展示了一種具有前所未有的機械強度的結構材料。”
納米複合材料對於結構工程師，尤其是航空航天領域的工程師來說有著巨大的潛力，因為人們希望納米複合材料的強度和低質量密度將極大地提高飛機和宇宙飛船的性能。
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