通過(guò)借鑒骨頭、木頭、以及蜂巢的框架結(jié)構(gòu)，德國(guó)研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種輕質(zhì)的高強(qiáng)度材料。利用3D激光聚合物打印技術(shù)、并結(jié)合陶瓷涂層，研究人員成功打造出了密度小于水、但是機(jī)械性能堪比高性能鋼或鋁的新材料。

該“框架”為陶瓷-聚合物復(fù)合材料。

　　盡管是受到了大自然的啟發(fā)，但是這個(gè)聚合物微體系結(jié)構(gòu)卻是由卡爾斯魯厄理工學(xué)院的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)打造的。其底層結(jié)構(gòu)用到了“三維激光光刻”(或稱聚合物印刷和硬化)技術(shù)。

“失敗的”微結(jié)構(gòu)

　　除了最終的成果，研究人員們還測(cè)試了許多結(jié)構(gòu)——包括三角形和六角形的蜂窩狀。在披上氣相沉積涂層(比如陶瓷和氧化鋁)之后，材料就被賦予了額外的強(qiáng)度。

　　測(cè)試結(jié)果顯示，這種聚合物結(jié)構(gòu)僅有50微米的長(zhǎng)寬高，而不同涂層的厚度則介于10nm到200nm之間。

所有微材料均經(jīng)過(guò)了機(jī)械單軸壓縮載荷作用力測(cè)試。

　　他們發(fā)現(xiàn)，一種蜂窩狀的聚合物、加上50nm的氧化鋁涂層，就能形成最佳的穩(wěn)定/密度比!這種微架構(gòu)的性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了對(duì)應(yīng)的三角形和六邊形。

　　但在氧化鋁涂層的厚度超過(guò)50nm之后，性能的提升就會(huì)遇到瓶頸。最終，優(yōu)化后的蜂窩結(jié)構(gòu)敗在了28kg/mm (千克每平方毫米)的壓力測(cè)試中——密度為810kg/m (千克每立方米)。

與多種材料的“強(qiáng)度-重量比”橫向比較(比如蜂巢和骨頭)。

　　研究人員表示，該材料的穩(wěn)定性/密度比已經(jīng)超過(guò)了更巨大的骨頭、鋼鐵、甚至鋁材。未來(lái)，這種材料可用于絕緣或微結(jié)構(gòu)減震器，甚至應(yīng)用到化學(xué)工業(yè)的過(guò)濾器中。

　　相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上。