& # 8220;比钻石# 8221;碳纳米结构设计-达到理论极限的性能

时间:2020-04-21 17:50 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

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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平板纳米晶格。纳米尺度碳结构强度与密度之比比钻石还强。

在《自然通讯》(Nature Communications)杂志最近的一项研究中,科学家们报告称,这种材料在概念化和制造方面取得了成功。这种材料由紧密相连的闭胞板构成,而不是过去几十年里常见的圆柱形桁架。

以前的基于波束的设计虽然很有趣,但在机械性能方面却不是很有效。通讯作者Jens Bauer说,他是UCI的机械研究员;航空航天工程。我们所创造的这类新的平板纳米晶格比最好的光束纳米晶格具有更强、更硬的特性。

根据这篇论文,团队的设计已经被证明可以提高柱形梁结构的平均性能,强度提高了639%,刚度提高了522%。

洛伦佐·瓦尔德维特建筑材料实验室成员,材料科学与工程学院教授;不仅是机械工程,也是工程设计。他们利用扫描电子显微镜和欧文材料研究所提供的其他技术来验证他们的发现。

科学家们预测,排列在平板结构中的纳米晶格将会非常强大。主要作者Cameron Crook说,他是UCI材料科学研究生。工程。但这种制造结构的难度意味着,这个理论从未得到证实,直到我们成功地做到了这一点。

鲍尔说,这个团队的成就建立在一个复杂的3D激光打印过程上,这个过程被称为双光子聚合直接激光书写。当激光聚焦在一滴紫外线感光的液体树脂中时,这种材料就变成了一种固体聚合物,分子同时受到两个光子的撞击。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。

该小组的一项创新是在盘子上开小孔,这样就可以用来去除成品中多余的树脂。作为最后一步,晶格将被高温分解,在真空中加热900摄氏度一小时。根据Bauer的说法,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。

鲍尔说,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,把它的尺寸急剧减小到100纳米,它就接近于一种没有气孔或裂纹的理论晶体。减少这些缺陷可以增强系统的整体实力。他说。

Valdevit,指导UCI’ s研究所设计和制造创新,补充道,“没有,而这些结构的理论性能预测之前,我们第一组实验验证,他们可以进行预测,同时也展示一个架构前所未有的材料力学性能.”

纳米材料对于结构工程师,尤其是航空航天领域的工程师来说大有前途,因为他们希望纳米材料的强度和低质量密度的结合将极大地提高飞机和宇宙飞船的性能。

参考文献:在刚度和强度的理论极限下的板纳米晶格;卡梅伦·克鲁克、延斯·鲍尔、安娜·格尔·伊泽德、克里斯汀·桑托斯·德奥利韦拉、朱莉安娜·马丁斯·德索萨·e·席尔瓦、乔纳森·b·伯格和洛伦佐·瓦尔德维特,2020年4月14日,《自然通讯》。

DOI: 10.1038 / s41467 - 020 - 15434 - 2

这项研究的其他合著者是安娜·盖尔·伊泽德,UCI机械与工程专业的研究生。来自加州大学圣巴巴拉分校和德国马丁·路德大学的研究人员。该项目由海军研究办公室和德国研究基金会资助。

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