加州尔湾，2020年4月13日——加州大学尔湾分校和其他机构的研究人员已经在建筑上设计出了平板纳米结构——纳米尺寸的碳结构——其强度与密度之比比钻石还要强。
在《自然通讯》(Nature Communications)杂志最近的一项研究中，科学家们报告称，这种材料在概念化和制造方面取得了成功。这种材料由紧密相连的闭胞板构成，而不是过去几十年里常见的圆柱形桁架。
“以前基于波束的设计虽然很有趣，但在机械性能方面却不是很有效，”UCI机械与放大器研究员、通讯作者Jens Bauer说。航空航天工程。“我们创造的这类新的平板纳米晶格比最好的光束纳米晶格更强、更硬。”
根据这篇论文，该团队的设计已经表明，柱形梁结构的平均性能提高了639%的强度和522%的刚度。
洛伦佐·瓦尔德维特建筑材料实验室成员，材料科学与工程学院教授;不仅是机械工程，也是工程设计。他们利用扫描电子显微镜和欧文材料研究所提供的其他技术来验证他们的发现。
“科学家们已经预测到，纳米晶格排列在一个基于平板的设计中，其强度将令人难以置信，”该研究的主要作者Cameron Crook说，他是UCI材料科学专业的研究生。工程。“但以这种方式制造结构的难度意味着，这个理论从未得到证实，直到我们成功地做到了这一点。”
鲍尔说，研究小组的成果依赖于一种复杂的3D激光打印过程，这种过程被称为双光子聚合直接激光书写。当激光聚焦在一滴紫外线感光的液体树脂中时，这种材料就变成了一种固体聚合物，分子同时受到两个光子的撞击。通过扫描激光或在三维空间中移动舞台，该技术能够呈现细胞的周期性排列，每个细胞由160纳米厚的板组件组成。
该小组的创新之一是在盘子上开了一个小洞，可以用来去除成品材料中多余的树脂。作为最后一步，格子经过高温分解，在真空中加热到900摄氏度，持续一小时。根据Bauer的说法，最终的结果是一种由玻璃碳构成的立方体晶格，其强度是科学家们所能想到的多孔材料中最高的。
鲍尔说，这项研究的另一个目标和成就是利用天然物质的机械效应。“当你拿起任何一块材料，并将其尺寸大幅缩小至100纳米，它就会接近一种没有气孔或裂纹的理论晶体。减少这些缺陷会增加系统的整体实力，”他说。
Valdevit是UCI设计和制造创新研究所的负责人，他补充说:“虽然这些结构的理论性能之前已经被预测到了，但我们是第一个通过实验验证它们可以达到预期效果的团队，同时也展示了一种具有前所未有的机械性能的结构材料。”
纳米复合材料对于结构工程师，尤其是航空航天领域的工程师来说有着巨大的潜力，因为人们希望纳米复合材料的强度和低质量密度将极大地提高飞机和宇宙飞船的性能。
这项研究的其他合著者是安娜·盖尔·伊泽德，UCI机械与工程专业的研究生。来自加州大学圣巴巴拉分校和德国马丁路德大学的研究人员。该项目由海军研究办公室和德国研究基金会资助。
加州大学欧文分校:成立于1965年，UCI是著名的美国大学协会中最年轻的成员。这所大学培养了三位诺贝尔奖获得者，并以其学术成就、主要研究、创新和食蚁兽吉祥物而闻名。由霍华德·吉尔曼校长领导，UCI有超过36000名学生，提供222个学位课程。它位于世界上最安全、经济最具活力的社区之一，是奥兰治县的第二大雇主，每年为当地经济贡献50亿美元。更多关于UCI的信息，请访问www.uci.edu。
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