世界最小格子的强度接近金刚石

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世界最小格子的强度接近金刚石

        世界最小格子的宽度约10微米，而且框架和支架的直径只有200纳米

        (图片来源：卡尔斯鲁厄理工学院/ J. Bauer)

        德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的科学家们在发表于《Nature Materials》期刊的文章中，报道了人类制造的最小格子结构。
        格子结构的框架和支架由玻璃碳材料构成，其长度小于1m且直径只有200nm，与类似的超材料相比缩小了五倍。这些小尺寸材料使格子结构具有前所未有的强度密度比；可能的应用包括电极、过滤器或者光学组件。
        “如骨头和木头一样的轻量结构材料在自然界中处处存在，”这项研究的第一作者Jens Bauer说。“它们具有高的承载能力和低重量，并因此可用作技术应用机械超材料的模型。”
        超材料是具有微观构型的材料，具有非结构化固体不具有的机械或光学性质。比如可引导光线、声音或者物体周围的热量的隐形斗篷，在压力和剪力作用下不寻常的拉胀材料，或者高比稳定的轻质纳米材料。
        当前的格子结构首先通过三维激光光刻技术制造，所需的微米尺寸结构通过计算机控制的激光束在光刻胶中硬化。然而，该工艺的分辨率是有限的，只能制备长度为5-10m和直径为1m的框架。
        在后续步骤中，Bauer和同事们使用热解法收缩结构。将结构暴露在900℃左右的真空炉中，使化学键重新调整；这是热解法首次被用来制备微观格子结构。
        热解工艺使除了碳的所有元素离开光刻胶，合成的无序碳以玻璃碳形式保留在收缩的格子结构中。这种材料结合了石墨和玻璃陶瓷的特性，电池电极和电解系统中的应用让人们感兴趣。
        在制备这种结构之后，研究者们测试了压力下的稳定性。“根据实验结果，格子的承载能力非常接近理论极限，并且远高于非结构化的玻璃碳材料，” 该研究的合著者Oliver Kraft说。去年底，Kraft领导了卡尔斯鲁厄理工学院的应用材料学院；今年，他接任了卡尔斯鲁厄理工学院的研究副主席。“钻石是唯一具有更高比稳定性的固体。”
        微结构材料通常被用在绝缘或者减震领域，同时这种开孔材料还可用作化工行业的过滤器。超材料也具有非凡的光学特性，有望被用于通讯行业。
<p style="text-indent:2em;">        <span style="line-height:1.5;">来源：新材料在线 μ炻