作者罗伯特·帕金斯，加州理工学院 工程师们种植纳米建筑材料立方体来测试其强度和弹性
学分:格里尔实验室/加州理工学院 加州理工学院开发的一种新方法首次使制造大量结构设计为纳米尺度的材料成为可能——这种尺寸相当于脱氧核糖核酸的双螺旋
由加州理工学院材料科学家朱莉娅·R
“纳米建筑材料”表现出不寻常的、常常令人惊讶的特性——例如，异常轻质的陶瓷在压缩后会像海绵一样回复到原来的形状
这些特性对于从超灵敏触觉传感器到高级电池的应用来说可能是理想的，但是到目前为止，工程师们只能以非常有限的数量制造它们
为了制造一种结构被设计成如此小规模的材料，他们通常必须在三维印刷过程中一层接一层地组装纳米层，使用高精度激光和定制合成化学品
这一艰难的过程限制了可以建造的材料总量
现在，加州理工学院和苏黎世联邦理工学院的一个工程师团队已经开发出了一种设计为纳米级但能自我组装的材料——不需要精密的激光组装
他们第一次能够制造出立方厘米尺度的纳米结构材料样品
“我们甚至不能在一个月内三维打印这么多纳米结构的材料；相反，我们能够在几个小时内培育出它，”加州理工学院博士后学者卡洛斯·波特拉说，他是一项关于这一新过程的研究的主要作者，该研究发表在3月2日的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上
在纳米尺度上，这种材料看起来像海绵，但实际上是由相互连接的弯曲外壳组成的
这是这种材料高刚度和强度重量比的关键:光滑弯曲的薄壳，像鸡蛋的薄壳一样，没有拐角或连接处，这些通常是导致其他类似材料失效的弱点
这提供了独特的机械效益，实际使用的材料最少
在测试中，材料样品能够达到与某些形式的钢相当的强度密度比，而薄壁结构在重复压缩后表现出可忽略的损伤和恢复
“这种新的制造路线，在我们进行的实验和数值分析的支持下，使我们离能够以有用的规模生产纳米结构材料又近了一步，制造起来也非常容易，”鲁本基金会的格里尔说
唐娜·梅特勒，材料科学、力学和医学工程教授，PNAS论文的合著者
虽然它比几乎所有由格里尔小组合成的具有相似密度的纳米结构材料更有弹性，但使这些所谓的纳米迷宫材料特别特别的是它们自己组装
这项由加州理工学院研究生达里尔·易(Daryl Yee)领导的成果是这样的:两种互不溶解的物质混合在一起，混合在一起形成一种无序的状态
加热混合物会使材料聚合，从而使当前的几何图形锁定在适当的位置
然后，这两种材料中的一种被去除，留下纳米级外壳
随后涂覆所得多孔模板，然后除去第二种聚合物
剩下的就是轻量级的纳米外壳网络
这个过程需要极高的精确度；如果加热不当，微结构将会熔化或塌陷，不会形成相互连接的外壳
但该团队第一次看到了扩大纳米架构的潜力
“看到我们通过计算设计的最佳纳米尺度架构在实验室中通过实验实现，这是令人兴奋的，”丹尼斯说
科克曼，PNAS论文的对应作者，苏黎世联邦理工学院力学和材料教授，加州理工学院航空航天客座副教授
他的团队，包括前加州理工学院研究生A
苏黎世联邦理工学院的维迪亚萨加尔、塞巴斯蒂安·克勒德尔和塔玛拉·韦森巴赫通过理论和模拟预测了纳米迷宫材料的多种特性
接下来，该团队计划通过探索仔细控制微观结构的途径，扩大纳米壳的材料选择，并推动更大规模的材料生产，来扩大工艺的可调谐性和多功能性
论文题目为“自组装纳米迷宫材料的极端机械弹性”
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