MIT和LLNL開發(fā)3D打印超輕型材料，可承受160,000倍的自身重量

南極熊3D打印網(wǎng)報道

    勞倫斯利物莫國家實驗室（LLNL）和麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員已經(jīng)成功研制出一種有超過10,000倍硬度的超輕型材料,，而且這種材質(zhì)可以用不同的材料進(jìn)行3D打印,，例如金屬或聚合物。
    在剛度和強(qiáng)度下降的情況下,，任何物質(zhì)的密度與結(jié)構(gòu)元素在有外加負(fù)載的時候會更容易出現(xiàn)彎曲,。然而，這個團(tuán)隊制作的超材料,，通過超越了三個數(shù)量級以上的密度表現(xiàn)出了超剛性材料特性,。

    “這些輕質(zhì)材料可以承載至少160,000倍的自身體重，”團(tuán)隊成員勞倫斯利物莫國家實驗室（LLNL）的工程師Xiaoyu Zheng（Rayne）說,，“超高剛度的關(guān)鍵在于這個材質(zhì)中的微結(jié)構(gòu)元素都被設(shè)計成超過限制,，因此在受到外加負(fù)載時不會產(chǎn)生彎曲的狀態(tài)。”
    這個設(shè)計基于納米級的微晶格的功能,，將強(qiáng)大的剛度和強(qiáng)度,，以及超低密度集于一身，團(tuán)隊稱,。

    根據(jù)研究小組的發(fā)現(xiàn),，所觀察到的高剛度被證實與多組分材料（例如聚合物、金屬和陶瓷）是一致的,。這種材料的實際生產(chǎn)可以通過一種稱為投影微型立體光刻（Projection Microstereolithography）的高精密度的3D打印技術(shù)實現(xiàn),。據(jù)南極熊3D打印網(wǎng)了解，這種打印技術(shù)涉及到了使用微鏡顯示芯片和感光原料一次一層地制作高保真度3D物體,。這種技術(shù)讓團(tuán)隊可以快速地生成復(fù)雜的3D微觀尺度幾何形狀的材料,，否則這種制造是非常具有挑戰(zhàn)性的，在某些情況下,，甚至是不可能制造出來的,。
    例如，他們使用聚合物作為模板來制作微晶格,，然后涂上一層200到500納米厚的金屬薄膜,。將聚合物芯進(jìn)行熱除去，留下一個空心管狀的金屬桿,，就得到了超輕的金屬格材料,。

    研究小組使用聚合物微晶格重復(fù)這個步驟，但這次并不是使用金屬進(jìn)行涂層,，而是使用陶瓷制作出50納米厚的薄膜涂層,。這種陶瓷微結(jié)構(gòu)材料的密度于氣凝膠很相似。
    “這是世界上最輕的材料之一,，”LLNL的工程師Chris Spadaccini說,，“不過，由于其微架構(gòu)的排列,，在同一個可比較的密度上,，這種材料會具有比氣凝膠高出四個數(shù)量級的剛度�,！�
    最后,，這個團(tuán)隊利用了一種稍微有所不同的方法來生產(chǎn)三分之一超剛性微架構(gòu)材料。他們把陶瓷裝載在聚合物上,，創(chuàng)建了一個聚合物和陶瓷的復(fù)合微型格,。該聚合物被熱除去，使陶瓷顆粒致密成固體,。新的固體陶瓷材料也表現(xiàn)出類似的強(qiáng)度和剛度特性,。
    “我們使用了增材微制造技術(shù),，使用多個基礎(chǔ)材質(zhì)成分（聚合物、金屬和陶瓷）,，制造出擁有史無前例的性能組合的機(jī)械化和超材料,。”Spadaccini說,。
    具有這些特別性能的材料有一天將會使用于開發(fā)飛機(jī),、汽車和航天飛行器的組件。南極熊3D打印網(wǎng)了解,，這個研究團(tuán)體的研究結(jié)果已經(jīng)過發(fā)表在了6月20日的《科學(xué)》雜志上,。

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