布莱恩·贝尔，加州大学欧文分校 壁厚约为160纳米，由UCI和其他机构的研究人员设计的一种闭孔、基于平板的纳米晶格结构是首次实验验证，证明这种排列达到了多孔材料强度和刚度的理论极限
信用:卡梅隆克鲁克和延斯鲍尔/ UCI 加州大学欧文分校和其他机构的研究人员已经从建筑上设计出了板纳米晶格——纳米大小的碳结构——其强度与密度之比超过了钻石
在《自然通讯》最近的一项研究中，科学家们报告了在构思和制造这种材料方面的成功，这种材料由紧密连接的闭孔板组成，而不是过去几十年中这种结构中常见的圆柱形桁架
“以前的基于梁的设计虽然很有意思，但在机械性能方面并不那么有效，”相应的作者延斯·鲍尔说，他是UCI的机械和航天工程研究员
“我们创造的这种新型板纳米晶格比最好的梁纳米晶格更加坚固和坚硬
" 根据这篇论文，该团队的设计已经显示出圆柱形梁架构的平均性能提高了高达639%的强度和522%的刚度
Lorenzo Valdevit建筑材料实验室的成员，UCI材料科学与工程以及机械与航空航天工程教授，使用扫描电子显微镜和欧文材料研究所提供的其他技术验证了他们的发现
“科学家们已经预测，以平板设计排列的纳米晶格将会非常坚固，”主要作者卡梅隆·克鲁克说，他是UCI大学材料科学与工程专业的研究生
“但以这种方式制造结构的困难意味着这一理论从未得到证明，直到我们成功地做到了这一点
" 鲍尔说，该团队的成就依赖于一种复杂的三维激光印刷工艺，称为双光子光刻直接激光写入
随着紫外光敏感树脂的层层添加，这种材料在两个光子相遇的地方变成了固体聚合物
这项技术能够将重复的细胞渲染成面薄至160纳米的平板
鲍尔说，该团队的成就依赖于一种复杂的三维激光打印过程，称为双光子聚合直接激光写入
当激光聚焦在一滴对紫外光敏感的液体树脂中时，这种材料就变成了一种固体聚合物，分子同时被两个光子击中
通过扫描激光或在三维空间移动载物台，该技术能够呈现细胞的周期性排列，每个细胞由薄至160纳米的板组件组成
该小组的创新之一是在板材上开小孔，用来去除成品材料中多余的树脂
最后一步，晶格经过高温分解，在真空中加热到900摄氏度一小时
根据鲍尔的说法，最终结果是一个立方体形状的玻璃碳晶格，其强度是科学家们认为这种多孔材料可能达到的最高水平
鲍尔说，这项研究的另一个目标和成就是利用基础物质固有的机械效应
“当你拿起任何一块材料，把它的尺寸大幅缩小到100纳米时，它就接近一种没有孔隙或裂缝的理论晶体
减少这些缺陷增加了系统的整体实力，”他说
“以前从来没有人让这些结构独立于规模之外，”UCI设计和制造创新研究所主任瓦迪瓦特补充道
“我们是第一个通过实验验证它们的性能和预期一样好的团队，同时也展示了一种具有前所未有的机械强度的建筑材料
" 纳米晶格对结构工程师有很大的希望，特别是在航空航天领域，因为人们希望它们的强度和低质量密度的结合将大大提高飞机和航天器的性能
这项研究的其他合作者是安娜·盖尔·伊扎德，一位UCI的机械和航天工程研究生，以及加州大学圣巴巴拉分校和德国哈雷-威登堡马丁·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
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