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“比钻石更强”碳纳米结构设计 - 达到性能的理论极限

时间：2022-04-09 12:25:04 来源：

墙壁厚度约为160纳米，由UCI等研究人员设计的封闭单元，基于板的纳米结构是第一次实验验证，即这种布置达到多孔材料中强度和刚度的理论界限。

加州大学的研究人员，Irvine等机构都有建筑设计的板纳米图：纳米尺寸的碳结构 - 比钻石更强，作为密度的强度比率。

在最近的自然通信研究中，科学家们报告了概念化和制造材料的成功，这些材料包括紧密连接，闭孔板代替过去几十年的这种结构中常见的圆柱形桁架。

“以前的基于光束的设计，虽然非常兴趣，但在机械性能方面没有如此高效，”机械和航空航天工程的UCI研究人员相应的作者Jens Bauer表示。“这类我们创造的新一类板纳米图案，比最佳光束纳米格子更强大和更硬。”

据此，该团队的设计已被证明可以提高基于圆柱形光束架构的平均性能，高达639％的强度和522％的刚性。

Lorenzo Valdevit的成员，UCI材料科学与工程教授以及机械和航空航天工程，使用综合材料研究所提供的其他技术验证了他们的研究结果。

“科学家们预测，在基于板材的设计中排列的纳多尼克人将是非常强烈的，”材料科学与工程学的UCI研究生Cameron Crack表示。“但制造结构的困难这种方式意味着理论从未证明，直到我们成功地这样做。”

鲍尔表示，该团队的成就依赖于称为两光子聚合直接激光书写的复杂的3D激光印刷过程。当激光聚焦在紫外线 - 光敏液体树脂的液滴内时，该材料成为固体聚合物，其中分子同时被两张光子击中。通过扫描激光或三维移动阶段，该技术能够呈现细胞的周期性布置，每个单元由板的组件组成，如160纳米。

本集团的创新之一是在板中包括可用于从成品材料中除去多余树脂的光孔。作为最后一步，格子通过热解，在其真空中将其加热至900摄氏度1小时。根据鲍尔的说法，最终结果是玻璃碳的立方体形格子，具有最高的强度科学家认为这种多孔材料可能。

鲍尔表示，该研究的另一个目标和成就是利用基础物质的先天力学效果。“当你服用任何材料并显着降低到100纳米时，它接近无毛孔或裂缝的理论晶体。减少这些缺陷增加了系统的整体力量，“他说。

指导UCI设计和制造业创新研究所的Valdevit，“虽然这些结构的理论表现已经预测，我们是第一个实验验证的小组，他们可以表现和预测，同时也展示了架构材料前所未有的机械性能。“

纳米图案对结构工程师来说，特别是在航空航天的巨大希望，因为它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性能。

参考：“板式纳多拉·纳米图案在刚度和力量的理论极限”由Cameron Crook，Jens Bauer，Anna Guell Izard，Cristine Santos de Oliveira，Juliana Martins de Souza E Silva，Jonathan B. Berger和Lorenzo Valdevit，2020年4月14日，自然通信.doi：
10.1038 / S41467-020-15434-2

该研究的其他共同作者是Anna Guell Izard，一名UCI毕业生在机械和航天工程中的研究生，以及UC Santa Barbara和德国Martin Luther大学Halle-Wittenberg的研究人员。该项目由海军研究和德国研究基金会提供资金。

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