弗吉尼亞理工大學(xué)的研究人員采用新方法制備出輕質(zhì)高強(qiáng)且具有超彈性的厘米級(jí)金屬納米結(jié)構(gòu)材料。其伸縮性能優(yōu)異，對(duì)任意三維結(jié)構(gòu)的控制可從厘米到納米跨越7個(gè)尺度級(jí)別。

    研究人員在立體光刻3D打印技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新型改進(jìn)，制備出一種新型金屬材料。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為多層次的具有納米級(jí)特征的分層晶格，而且包含納米級(jí)空心管，其拉伸彈性遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的輕金屬和泡沫陶瓷材料（4倍以上）。這種性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)使其可以用于需要高硬度、高強(qiáng)度、質(zhì)輕且柔性大的工作場(chǎng)合，譬如空間工作站的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、柔性裝甲、輕質(zhì)汽車和電池等。

    “制作出橫跨7個(gè)尺寸級(jí)別的三維微結(jié)構(gòu)是非常難得的”，機(jī)械工程系助理教授Xiaoyu Zheng表示，“把納米級(jí)特征通過(guò)三維多層結(jié)構(gòu)”組裝“在金屬毛坯中，可以讓我們獲取一系列提前”設(shè)計(jì)“的性能，包括最小的質(zhì)量、最大的強(qiáng)度和厘米尺度的超塑性等。”

    研究人員的技術(shù)改進(jìn)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(duì)比，石墨烯片作為一種可以在納米尺度上制造的材料，其強(qiáng)度可以達(dá)到鋼的100倍，但是若把它在三維尺度上增加尺寸，強(qiáng)度則會(huì)降低8個(gè)數(shù)量級(jí)。

    Xiaoyu Zheng認(rèn)為，通過(guò)新的工藝設(shè)計(jì)獲得的高彈性和柔性使這種新型金屬材料適合在嚴(yán)苛的環(huán)境中用于柔性傳感器和電子設(shè)備中。

    這種多層晶格結(jié)構(gòu)具有較高的表面積，可以捕獲大量光子。與傳統(tǒng)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(gè)方向進(jìn)入這種多層晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)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。