MIT和LLNL開發(fā)3D打印超輕型材料，可承受160,000倍的自身重量

南極熊3D打印網(wǎng)報道

    勞倫斯利物莫國家實驗室（LLNL）和麻省理工學院（MIT）的研究人員已經(jīng)成功研制出一種有超過10,000倍硬度的超輕型材料，而且這種材質(zhì)可以用不同的材料進行3D打印，例如金屬或聚合物。
    在剛度和強度下降的情況下，任何物質(zhì)的密度與結(jié)構(gòu)元素在有外加負載的時候會更容易出現(xiàn)彎曲。然而，這個團隊制作的超材料，通過超越了三個數(shù)量級以上的密度表現(xiàn)出了超剛性材料特性。

    “這些輕質(zhì)材料可以承載至少160,000倍的自身體重，”團隊成員勞倫斯利物莫國家實驗室（LLNL）的工程師Xiaoyu Zheng（Rayne）說，“超高剛度的關鍵在于這個材質(zhì)中的微結(jié)構(gòu)元素都被設計成超過限制，因此在受到外加負載時不會產(chǎn)生彎曲的狀態(tài)�！�
    這個設計基于納米級的微晶格的功能，將強大的剛度和強度，以及超低密度集于一身，團隊稱。

    根據(jù)研究小組的發(fā)現(xiàn)，所觀察到的高剛度被證實與多組分材料（例如聚合物、金屬和陶瓷）是一致的。這種材料的實際生產(chǎn)可以通過一種稱為投影微型立體光刻（Projection Microstereolithography）的高精密度的3D打印技術(shù)實現(xiàn)。據(jù)南極熊3D打印網(wǎng)了解，這種打印技術(shù)涉及到了使用微鏡顯示芯片和感光原料一次一層地制作高保真度3D物體。這種技術(shù)讓團隊可以快速地生成復雜的3D微觀尺度幾何形狀的材料，否則這種制造是非常具有挑戰(zhàn)性的，在某些情況下，甚至是不可能制造出來的。
    例如，他們使用聚合物作為模板來制作微晶格，然后涂上一層200到500納米厚的金屬薄膜。將聚合物芯進行熱除去，留下一個空心管狀的金屬桿，就得到了超輕的金屬格材料。

    研究小組使用聚合物微晶格重復這個步驟，但這次并不是使用金屬進行涂層，而是使用陶瓷制作出50納米厚的薄膜涂層。這種陶瓷微結(jié)構(gòu)材料的密度于氣凝膠很相似。
    “這是世界上最輕的材料之一，”LLNL的工程師Chris Spadaccini說，“不過，由于其微架構(gòu)的排列，在同一個可比較的密度上，這種材料會具有比氣凝膠高出四個數(shù)量級的剛度。”
    最后，這個團隊利用了一種稍微有所不同的方法來生產(chǎn)三分之一超剛性微架構(gòu)材料。他們把陶瓷裝載在聚合物上，創(chuàng)建了一個聚合物和陶瓷的復合微型格。該聚合物被熱除去，使陶瓷顆粒致密成固體。新的固體陶瓷材料也表現(xiàn)出類似的強度和剛度特性。
    “我們使用了增材微制造技術(shù)，使用多個基礎材質(zhì)成分（聚合物、金屬和陶瓷），制造出擁有史無前例的性能組合的機械化和超材料�！盨padaccini說。
    具有這些特別性能的材料有一天將會使用于開發(fā)飛機、汽車和航天飛行器的組件。南極熊3D打印網(wǎng)了解，這個研究團體的研究結(jié)果已經(jīng)過發(fā)表在了6月20日的《科學》雜志上。

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