研究小组设计了比钻石更坚固的碳纳米结构——达到了理论极限

• 研究人员设计的纳米晶体结构的壁厚约为160纳米，达到了多孔材料强度和刚度的理论极限。

加州大学欧文分校和其他机构的研究人员已经在建筑上设计出了板状纳米结构——纳米尺寸的碳结构——其强度与密度之比比钻石还要强。

在《自然通讯》杂志最近的一项研究中，科学家们报告了这种材料在概念化和制造方面的成功。

“以前基于波束的设计虽然很有趣，但在机械性能方面却不是那么有效，”研究人员说。“我们创造的这类新的平板纳米晶格比最好的光束纳米晶格更强、更硬。”

根据这篇论文，该团队的设计已经表明，柱形梁结构的平均性能提高了639%的强度和522%的刚度。

科学家们已经预测到，以平板为基础设计的纳米晶格将非常坚固，但以这种方式制造结构的难度意味着，这个理论从未得到证实，直到该团队成功地做到了这一点。

研究小组的成果依赖于一种称为双光子光刻直接激光书写的复杂三维激光打印过程。当一层一层地加入一种紫外线光敏树脂时，这种材料在两个光子相遇的地方就变成了一种固体聚合物。通过扫描激光或在三维空间中移动舞台，该技术能够呈现细胞的周期性排列，每个细胞由160纳米厚的板组件组成。

该小组的创新之一是在盘子上开了一个小洞，可以用来去除成品材料中多余的树脂。作为最后一步，格子经过高温分解，在真空中加热到900摄氏度，持续一小时。最终的结果是一种由玻璃碳构成的立方体晶格，其强度是科学家们所能想到的多孔材料中最高的。

这项研究的另一个目标和成就是利用天然物质的机械效应。当你拿起任何一块材料，并将其尺寸大幅缩小至100纳米，它就会接近一种没有气孔或裂纹的理论晶体。减少这些缺陷会增加系统的整体实力。

“在此之前，还没有人制造出独立于规模之外的结构，”领导UCI设计和制造创新研究所的瓦尔代维特补充道。“我们是第一个通过实验验证其性能与预期一致的团队，同时也展示了一种具有前所未有的机械强度的结构材料。”

纳米复合材料对于结构工程师，尤其是航空航天领域的工程师来说有着巨大的潜力，因为人们希望纳米复合材料的强度和低质量密度将极大地提高飞机和宇宙飞船的性能。

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