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超轻纳米结构埃菲尔铁塔般通透坚固

发布时间:2019-10-09 17:02:29

超轻纳米结构埃菲尔铁塔般通透坚固

原标题:超轻纳米结构埃菲尔铁塔般通透坚固

上图论文第一作者劳伦斯利弗莫尔国家实验室工程师雷恩郑晓余(音译)在研究超轻超硬材料基本单位的微观结构。下图研究小组设计的一个基本单位结构,称为八位组桁架单元,用聚合材料通过3D微立体光刻投影技术打印出来。

科技讯(常丽君)法国埃菲尔铁塔和美国华盛顿纪念碑同样高大宏伟,它们有何不同之处?华盛顿纪念碑由沉重的石块建造,而埃菲尔铁塔由钢架搭建,靠结构承重,同时保持最大限度的通透性。

美国麻省理工学院(MIT)和劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)合作设计出一种新方法,以纳米微格为基础,将“结构承重”深入到微观尺度,造出极为通透而坚固的材料,同时具有高硬度、高强度、超低密度的优点。该方法还可用在多种材料上,如金属、高聚材料等,有望使相同重量的材料在硬度方面刷新纪录。相关论文发表在最近的《科学》杂志上。

MIT布利特与阿莱克斯德阿贝洛夫职业发展研究所工程设计副教授尼古拉斯方解释说,通常,材料的硬度和强度会随着密度降低而降低,所以人们的骨密度下降后,会更容易骨折,通过计算设计出恰当结构来分配承重,就能像埃菲尔铁塔那样,以更轻重量维持同样强度。

这种材料可以通过一种叫做“微立体光刻投影”的高精3D打印技术制造。据物理学家组织6月20日(北京时间)报道,微结构的基本几何形状十几年前就已确定,但从数学上理解它却花了很多年。实验结果令人惊喜,效果比预期的还要好。方说:“我们发现,像气凝胶(一种泡沫玻璃)一样轻质疏松的材料就能达到固体橡胶的硬度,强度是同密度材料的400倍,载荷量超过相同重量材料的16万倍。”

迄今为止,研究人员已经用金属、陶瓷和聚合物3种材料测试了该方法,重整后的微结构材料都拥有轻质高硬度的特性。LLNL的克里斯托弗斯派德奇尼说:“它们属于世界上最轻的材料。由于自身的微观结构,使其在硬度上比相同密度的非整理材料如气凝胶,高出4个数量级。”

方还指出,该方法在任何需要轻质、高硬、超强材料的地方都很有用,如在太空中,每增加一点重量都会大大增加发射成本。还可以用于便携设备中的电池,这也是亟须减轻重量的地方。

总圈点

多年来,类似本文中这种在微观层面实现最大承重的纳米结构,也有其他人提出过。去年MIT比特与原子中心的科学家就曾设计了一种可切成薄片的材料,一片片拆开后组成小单元格,再形成大型结构。现在这种技术用3D打印也可以实现了。除了满足工程上高硬度、减重量的需求,这种材料其实传导声音和弹性波也非常均匀,可用于新型声学领域,有助于控制波绕过曲面。

原标题:超轻纳米结构埃菲尔铁塔般通透坚固

稿源:人民

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