（文章來(lái)源：十輪網(wǎng)）

美國(guó)加州大學(xué)爾灣分校（UC Irvine，UCI）和其他機(jī)構(gòu)的研究人員設(shè)計(jì)開發(fā)出比強(qiáng)度系數(shù)（Specific strength；強(qiáng)度/ 密度比強(qiáng)度）大于鉆石的薄片式納米晶格結(jié)構(gòu)（Plate-Nanolattices，也即納米尺度碳結(jié)構(gòu)）。在《自然通信》期刊的一項(xiàng)最新研究中，科學(xué)家們闡述了在概念化和制造這種材料上的成功，該材料由緊密連接的蜂嵌套薄片組成，而不是采用過(guò)去幾十年在這種結(jié)構(gòu)中常見的圓柱形桁架。

“以前橫梁式設(shè)計(jì)雖然引起人們的極大興趣，但在機(jī)械性能方面并沒有那么有效，”UCI機(jī)械與航空太空工程研究人員Jens Bauer表示：“我們創(chuàng)造的這種新型薄片式納米晶格結(jié)構(gòu)比最好的橫梁式納米晶格結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及硬度更高?！备鶕?jù)該論文指出，該團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)已被證明可以提高柱形梁結(jié)構(gòu)的平均性能表現(xiàn)，其在強(qiáng)度上提高639%，在剛性上提高522%。

UCI材料科學(xué)與工程暨機(jī)械與航空太空工程教授Lorenzo Valdevit所主持之可構(gòu)建材料實(shí)驗(yàn)室（Aarchitected Materials Laboratory）的成員使用加大爾灣材料研究所（Irvine Materials Research Institute，IMRI）提供的掃描電子顯微鏡和其他技術(shù)驗(yàn)證了他們的發(fā)現(xiàn)。

“科學(xué)家們預(yù)測(cè)，以薄片式設(shè)計(jì)排列的納米晶格會(huì)非常堅(jiān)固，”UCI材料科學(xué)與工程研究生，同時(shí)也是本篇論文第一作者的Cameron Crook表示：“但是這種制造結(jié)構(gòu)的困難度意味著，直到我們成功做到這點(diǎn)，這個(gè)理論才被證明可行?！?/p>

Bauer表示，該研究團(tuán)隊(duì)的成果取決于一種稱為雙光子微影激光直寫技術(shù)（Two-Photon Lithography Direct Laser Writing）的復(fù)合式3D激光打印程序。隨著紫外線光敏樹脂的逐層添加，該材料會(huì)在兩個(gè)光子會(huì)合處變成固態(tài)聚合物。該技術(shù)能夠使重復(fù)的蜂嵌套晶格體變成僅160納米厚的薄片。

該研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)創(chuàng)新之舉就是在薄片上開了一些小孔，這些小孔可用來(lái)去除成品材料中多余的樹脂。最后一道程序會(huì)讓晶格進(jìn)行高溫分解，其會(huì)在真空中加熱到攝氏900度，并持續(xù)一小時(shí)之久。根據(jù)Bauer的說(shuō)法，最終會(huì)形成一種由玻璃碳構(gòu)成的立方體晶格，這樣結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是科學(xué)家們所能想到之多孔材料中最高的。

Bauer表示，這項(xiàng)研究的另一個(gè)目標(biāo)和成就是探索基礎(chǔ)物質(zhì)在其固有機(jī)械效應(yīng)上的可行應(yīng)用。“當(dāng)你將任何一種材料的尺寸急劇地縮小到100納米時(shí)，它就會(huì)成為理論上幾乎沒有任何孔或裂紋的晶體。減少這些裂紋會(huì)增加系統(tǒng)的整體強(qiáng)度，”他表示。

“以前沒有人將這些結(jié)構(gòu)從尺度中獨(dú)立出來(lái)，”UCI設(shè)計(jì)與制造創(chuàng)新研究所（Institute for Design and Manufacturing Innovation，IDMI）所長(zhǎng)Valdevit補(bǔ)充指出：“我們是第一個(gè)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其性能表現(xiàn)與預(yù)期相符的研究小組，同時(shí)還展示了具有前所未有機(jī)械強(qiáng)度的可構(gòu)建材料?！睂?duì)結(jié)構(gòu)工程師，尤其是航空太空領(lǐng)域的工程師來(lái)說(shuō)，納米晶格具備無(wú)限的前景與巨大的潛力，因?yàn)槿藗兿Ｍ鼈兗婢吒邚?qiáng)度與低質(zhì)量密度的特性將大大提升飛機(jī)和飛行器的性能表現(xiàn)。

（責(zé)任編輯：fqj）