MIT和LLNL开发3D打印超轻型材料,可承受160,000倍的自身重量

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2014
06/21
06:00
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本帖最后由 南极小熊 于 2014-6-21 06:02 编辑

南极熊3D打印网报道
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    劳伦斯利物莫国家实验室(LLNL)和麻省理工学院(MIT)的研究人员已经成功研制出一种有超过10,000倍硬度的超轻型材料,而且这种材质可以用不同的材料进行3D打印,例如金属或聚合物。
    在刚度和强度下降的情况下,任何物质的密度与结构元素在有外加负载的时候会更容易出现弯曲。然而,这个团队制作的超材料,通过超越了三个数量级以上的密度表现出了超刚性材料特性。
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    “这些轻质材料可以承载至少160,000倍的自身体重,”团队成员劳伦斯利物莫国家实验室(LLNL)的工程师Xiaoyu Zheng(Rayne)说,“超高刚度的关键在于这个材质中的微结构元素都被设计成超过限制,因此在受到外加负载时不会产生弯曲的状态。”
    这个设计基于纳米级的微晶格的功能,将强大的刚度和强度,以及超低密度集于一身,团队称。
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    根据研究小组的发现,所观察到的高刚度被证实与多组分材料(例如聚合物、金属和陶瓷)是一致的。这种材料的实际生产可以通过一种称为投影微型立体光刻(Projection Microstereolithography)的高精密度的3D打印技术实现。据南极熊3D打印网了解,这种打印技术涉及到了使用微镜显示芯片和感光原料一次一层地制作高保真度3D物体。这种技术让团队可以快速地生成复杂的3D微观尺度几何形状的材料,否则这种制造是非常具有挑战性的,在某些情况下,甚至是不可能制造出来的。
    例如,他们使用聚合物作为模板来制作微晶格,然后涂上一层200到500纳米厚的金属薄膜。将聚合物芯进行热除去,留下一个空心管状的金属杆,就得到了超轻的金属格材料。
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    研究小组使用聚合物微晶格重复这个步骤,但这次并不是使用金属进行涂层,而是使用陶瓷制作出50纳米厚的薄膜涂层。这种陶瓷微结构材料的密度于气凝胶很相似。
    “这是世界上最轻的材料之一,”LLNL的工程师Chris Spadaccini说,“不过,由于其微架构的排列,在同一个可比较的密度上,这种材料会具有比气凝胶高出四个数量级的刚度。”
    最后,这个团队利用了一种稍微有所不同的方法来生产三分之一超刚性微架构材料。他们把陶瓷装载在聚合物上,创建了一个聚合物和陶瓷的复合微型格。该聚合物被热除去,使陶瓷颗粒致密成固体。新的固体陶瓷材料也表现出类似的强度和刚度特性。
    “我们使用了增材微制造技术,使用多个基础材质成分(聚合物、金属和陶瓷),制造出拥有史无前例的性能组合的机械化和超材料。”Spadaccini说。
    具有这些特别性能的材料有一天将会使用于开发飞机、汽车和航天飞行器的组件。南极熊3D打印网了解,这个研究团体的研究结果已经过发表在了6月20日的《科学》杂志上。

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