新型金屬材料結構控制可橫跨7個尺度級別!

材料牛注：弗吉尼亞理工大學的研究人員采用新方法制備出輕質高強且具有超彈性的厘米級金屬納米結構材料。其伸縮性能優異，對任意三維結構的控制可從厘米到納米跨越7個尺度級別。

研究人員在立體光刻3D打印技術上進行創新型改進，制備出一種新型金屬材料。其內部結構為多層次的具有納米級特征的分層晶格，而且包含納米級空心管，其拉伸彈性遠超傳統的輕金屬和泡沫陶瓷材料（4倍以上）。這種性能優異的結構使其可以用于需要高硬度、高強度、質輕且柔性大的工作場合，譬如空間工作站的內部結構、柔性裝甲、輕質汽車和電池等。

“制作出橫跨7個尺寸級別的三維微結構是非常難得的”，機械工程系助理教授Xiaoyu Zheng表示，“把納米級特征通過三維多層結構“組裝”在金屬毛坯中，可以讓我們獲取一系列提前“設計”的性能，包括最小的質量、最大的強度和厘米尺度的超塑性等。”

研究人員的技術改進克服了目前限制3D打印納米晶格伸縮性能的主要障礙，即高精度與大尺寸不可兼得。與之對比，石墨烯片作為一種可以在納米尺度上制造的材料，其強度可以達到鋼的100倍，但是若把它在三維尺度上增加尺寸，強度則會降低8個數量級。

Xiaoyu Zheng認為，通過新的工藝設計獲得的高彈性和柔性使這種新型金屬材料適合在嚴苛的環境中用于柔性傳感器和電子設備中。

這種多層晶格結構具有較高的表面積，可以捕獲大量光子。與傳統的光伏面板獲取的光子僅在表面聚集不同，光子可以從各個方向進入這種多層晶格結構內部。這有助于探索這種新型多功能金屬材料在光子和能量獲取方面的特性。

參考原文鏈接：Researchers develop centimetre scale structures with nanoscale features

本文由編輯部顧玥提供素材，李玉飛編譯，點我加入材料人編輯部。