多向晶格+3D打印:全新人造超材料轻便又坚固

张梦然

2019年01月17日16:08  来源:科技日报
 
原标题:多向晶格+3D打印: 全新人造超材料轻便又坚固

英国《自然》杂志1月16日发表了一项材料学最新成果:英国帝国理工学院团队报告了一种全新人造超材料——强度增加但质量依旧较轻,这种材料是利用多向晶格,并结合3D打印技术制成,而其中新型晶格则是根据强金属合金的基本原理设计的。

晶格结构由重复节点和连接支柱组成,结合3D打印技术,制造出来的材料既轻便又坚固。然而,一旦这些材料失效,会带来灾难性后果,这限制了它们的实际应用。而失效的原因在于这些材料的结构——晶格整体取向单一。

同样的现象也存在于金属单晶中,其结构类似,内部会沿特定平面发生滑移而变形。不过,在包含不同取向晶粒的多晶材料中,晶粒边界有助于阻止正在成形的滑移和裂缝进一步蔓延,因而可以提高这些材料抵抗变形的能力。

此次,帝国理工学院科学家模拟多晶材料,设计了具有粒状结构的新型晶格状超材料,使内部晶格的不同区域具有不同的取向。

研究人员发现,粒状超材料(又称“变斑晶”)发生形变时,比传统超材料更坚固,更耐损。与多晶材料一样,“变斑晶”的强度可以通过缩小每个粒状晶格区域的尺寸来增强。

研究团队创造了在施压后能够扭变成不同构型的特殊“变斑晶”,模仿的是晶体材料中类似的重排。综合而言,这些成果将会为科学界带来更加坚固且适合于各种应用的轻型3D打印材料。

总编辑圈点

新材料迭代的速度,除了与科学家对物质基础性状的理解程度有关,还与新理论及相关验证的效率有关,甚至与生产工艺、模拟工具的创新能力都息息相关。掌握其中的奥秘,学会调整某些参数,创造出符合生产、生活需求的全新材料,这就是化学家被唤作“魔法师”的重要原因。

(责编:张帆、吴楠)

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