德国亥姆霍兹研究中心协会 信用:CC0公共领域 尽可能的轻，同时又尽可能的强:这些都是对现代轻质材料的要求，比如那些用于飞机制造和汽车工业的材料
亥姆霍兹-曾特朗·吉斯哈特(HZG)和汉堡理工大学(TUHH)的一个研究小组现在为未来的超轻材料开发了一种新的材料设计方法:在不同的层级上形成嵌套网络的纳米尺寸金属支柱提供了惊人的强度
该研究小组在最新一期的《科学》杂志上发表了他们的发现
当埃菲尔铁塔在1889年落成时，它被认为是一个技术奇迹
它巧妙而精致的大小铁梁排列提供了非凡的稳定性，它是当时世界上最高的建筑
术语“分级”描述了由较小的梁支撑的较大的梁的开放阵列的工程方法
几年来，材料科学研究人员一直试图将这种有效的方法转移到材料的内部微观结构上，例如，通过使用能够在微米尺度上复制工程桁架结构的三维打印机
迄今为止，创造新一代极其坚固的轻质建筑材料的希望还没有实现
其中一个原因是:“一台三维打印机最多只能打印大约10，000束，这将需要几个小时，”HZG材料力学研究所的约格·韦默勒教授说，他是该出版物的合著者
“对于实际应用，这并不是一个切实可行的选择
" 腐蚀掉银 然而，他的团队正在追求一个更加雄心勃勃的目标:如果光束可以通过缩小到几纳米的直径来增强，它们可以为一种新型材料提供基础——特别轻，同时又很强
然而，这种材料必须包含数以万亿计的光束，远远超过最复杂的打印机的能力
“这就是为什么我们必须欺骗大自然，让它为我们制造这些材料，仅仅通过自我组织，”韦默勒的同事博士说
该项研究的主要作者单石解释说
作为开始，该团队使用了一种由93%银和7%金组成的合金
将这种合金浸入稀硫酸中，溶解掉大约一半的银
结果，剩余的材料重新排列，形成了一个微妙的纳米梁网络
之后，该材料经受几百度的热处理
“这使网络粗化到150纳米的光束大小，同时保持了原有的结构，”石解释说
在最后一步，酸被用来冲洗掉剩余的银，只留下平均孔径为15纳米的金束
其结果是一种分层结构的材料，具有两种明显不同的梁尺寸，与埃菲尔铁塔没有什么不同
由于其开放的网络结构，这种新材料由80%至90%的空气组成，密度仅为固体金属的10%至20%
惊人的轻，惊人的强 研究小组随后测试了毫米大小样品的机械性能
“考虑到这种材料的低密度，它在强度和弹性模量等关键机械参数上显示出异常高的值，”约格·韦默勒说
“我们已经去除了大部分物质，留下的很少，但材料比目前的技术水平要坚固得多
“他说，这第一次证明了分层结构不仅有利于宏观工程桁架结构，如埃菲尔铁塔，也有利于轻质网络材料
这种新材料还不适合用于轻型建筑——黄金太贵、太重、太软
然而，新的HZG材料设计方法可能会转移到其他技术上更相关的金属，如铝、镁或钛
研究人员将不得不面对另一个挑战:到目前为止，他们只能制造毫米大小的小样本
“但用我们的工艺制造电线甚至整块金属板似乎是完全可行的，”韦默勒说
“到那时，这种材料将在现实生活中变得有趣，例如，在更轻、更节能的汽车新概念中
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