多向晶格+3D打印：全新人造超材料輕便又堅固

英國《自然》雜志16日發(fā)表了一項材料學(xué)最新成果：英國帝國理工學(xué)院團隊報告了一種全新人造超材料——強度增加但質(zhì)量依舊較輕，這種材料是利用多向晶格，并結(jié)合3D打印技術(shù)制成，而其中新型晶格則是根據(jù)強金屬合金的基本原理設(shè)計的。

注：網(wǎng)絡(luò)配圖

晶格結(jié)構(gòu)由重復(fù)節(jié)點和連接支柱組成，結(jié)合3D打印技術(shù)，制造出來的材料既輕便又堅固。然而，一旦這些材料失效，會帶來災(zāi)難性后果，這限制了它們的實際應(yīng)用。而失效的原因在于這些材料的結(jié)構(gòu)——晶格整體取向單一。

同樣的現(xiàn)象也存在于金屬單晶中，其結(jié)構(gòu)類似，內(nèi)部會沿特定平面發(fā)生滑移而變形。不過，在包含不同取向晶粒的多晶材料中，晶粒邊界有助于阻止正在成形的滑移和裂縫進一步蔓延，因而可以提高這些材料抵抗變形的能力。

注：網(wǎng)絡(luò)配圖

此次，帝國理工學(xué)院科學(xué)家模擬多晶材料，設(shè)計了具有粒狀結(jié)構(gòu)的新型晶格狀超材料，使內(nèi)部晶格的不同區(qū)域具有不同的取向。

研究人員發(fā)現(xiàn)，粒狀超材料（又稱“變斑晶”）發(fā)生形變時，比傳統(tǒng)超材料更堅固，更耐損。與多晶材料一樣，“變斑晶”的強度可以通過縮小每個粒狀晶格區(qū)域的尺寸來增強。

研究團隊創(chuàng)造了在施壓后能夠扭變成不同構(gòu)型的特殊“變斑晶”，模仿的是晶體材料中類似的重排。綜合而言，這些成果將會為科學(xué)界帶來更加堅固且適合于各種應(yīng)用的輕型3D打印材料。

新材料迭代的速度，除了與科學(xué)家對物質(zhì)基礎(chǔ)性狀的理解程度有關(guān)，還與新理論及相關(guān)驗證的效率有關(guān)，甚至與生產(chǎn)工藝、模擬工具的創(chuàng)新能力都息息相關(guān)。掌握其中的奧秘，學(xué)會調(diào)整某些參數(shù)，創(chuàng)造出符合生產(chǎn)、生活需求的全新材料，這就是化學(xué)家被喚作“魔法師”的重要原因。

來源：科技日報