作者安妮·M·斯塔克，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室
三维印刷碳圆木桩的光学显微图像
信用:劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 与草茎类似，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的科学家们已经创造出了纳米管道连接的管中管，能够制造出更坚固的低密度结构材料
具有工程拉伸主导晶格设计的多孔材料提供了超轻质和大表面积的诱人机械性能，用于广泛的应用，最近在刚度和密度之间实现了接近理想的线性缩放
在新的研究中，该团队开发了一种将完全致密的3D打印聚合物梁转化为石墨碳空心管中管夹层结构的方法，在这种结构中，与草茎类似，内管和外管通过支柱网络连接在一起
这项研究登上了10月号的封面
25期《自然材料》
压缩试验和计算模型表明，随着密度的降低，梁形态的这种变化显著减缓了刚度的降低
压缩实验进一步证明，压缩30%至50%后，大变形恢复，导致高重量能量耗散特性
多孔超低密度材料具有许多新兴应用，如机械减震器、隔热和隔音、柔性电池和催化剂支架、MEMS器件以及作为高能密度物理实验的目标材料
该论文的合著者、LLNL材料科学家叶建超说:“这些应用中的一些将受益于降低非活性碳材料的密度，同时仍然提供高比表面积以及高刚度和形状恢复特性。”
“想想电池或催化剂:独特的管中管结构结合了优异的机械性能和低密度，并通过便捷的质量传输路径为能量存储或催化剂提供了大表面积
" 类似的具有集成承重支柱的夹层板设计也存在于自然界中，其中重量轻和良好的机械性能是重要的
例子包括各种物种的头骨、植物的茎和鸟的骨头
虽然新型管状碳结构类似于动物头骨和植物茎的结构，但其特征长度尺度要小几个数量级
为了克服密度降低时机械性能迅速下降的挑战，该团队开发了刚性限位设计
具体来说，他们通过两步镍催化的模板-热解过程，制造了具有集成的stacket束形态的碳基微晶格
该制造工艺保持了印刷的牺牲聚合物模板的结构和尺寸，以提供密度低至6的非常坚硬的碳晶格
4毫克/立方厘米
该论文的合著者、LLNL材料科学家Juergen Biener说:“我们将低密度碳晶格的硬度归功于集成的纳米级支撑管中管梁设计，这种设计能够实现轻质的b ut刚性晶格构件，这种设计理念可以正交应用于当前的晶格拓扑优化工作。”
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