科學家們創(chuàng)造納米級碳晶格強度密度超過鉆石

作為地球上最堅硬的材料之一，鉆石成為了許多材料科學研究的基準，因為工程師們正努力打造出堅硬的新結構，以超越自然界中最好的材料。加州大學歐文分校（UCI）的一個團隊現在創(chuàng)造了一種納米級的碳晶格，其強度密度比超過了鉆石。

UCI研究團隊開發(fā)的新設計被稱為納米晶格。這些多孔結構由碳制成的支柱和支架組成（就像鉆石本身一樣），它們被排列成一個三維晶格，具有優(yōu)異的強度-強度比。幾十年來，這些納米晶格一直是基于使用圓柱形排列的桁架的設計。UCI的研究人員將他們的突破歸功于背離了這一傳統，而是用一系列的板子代替了它們。

"以前的基于梁的設計，雖然很有興趣，但在機械性能方面并不是那么有效，"這項研究的作者、UCI機械和航空航天工程的研究員Jens Bauer說。"我們創(chuàng)造的這一類新的板式納米晶格比最好的梁式納米晶格要強得多，硬度也高得多。"

雖然這種類型的板式納米晶格結構已經被理論上認為具有比其他設計更強的強度，但制造它們并不容易。UCI團隊表示，現在它通過采用一種新穎的方法成功地將其組裝起來，證明了這些理論是正確的。這涉及到了一種復雜的3D打印技術，將激光聚焦在紫外光敏感液體樹脂的液滴內。這將使樹脂變成一種固體聚合物，然后可以將其加工成薄至160納米的微觀板。板上的小孔允許從成品中去除多余的樹脂，然后在真空中加熱到900℃（1652°F）一小時后，樹脂會進行熱解。

根據該團隊的實驗，所得的碳納米晶格比圓柱形梁式結構的平均強度提高了639%，平均剛度提高了522%。"UCI材料科學與工程教授Lorenzo Valdevit表示：“雖然這些結構的理論性能之前已經被預測到了，但我們是第一個通過實驗驗證它們的性能和預測的一樣好，同時也展示了一種前所未有的力學性能的架構材料。"

研究人員認為，像這樣的納米晶狀體能夠真正發(fā)揮作用的領域之一是在航空航天領域，工程師們一直在尋找能夠提供巨大強度的低密度材料。

這項研究發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。