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德国科学家利用3D打印技术打印出世界最小人造晶格结构

文章来源:网络人气:830发表时间:2016-06-12 08:51:40

  不久前,德国卡尔斯鲁厄理工学院的科学家们3D打印出了世界上迄今最小的人造晶格结构,据悉该晶格的所有部分都是由玻璃碳制成的,其长度低于1微米,直径不超过200纳米。与接近的超材料相比,该3D打印晶格结构的尺寸是前者的五分之一。如此之小的尺度使其获得了前所未有的强度和密度比,可以用于电极、过滤器或光学组件等领域。目前这一成果已经被发表在《NatureMaterials》杂志中。

  “轻质结构材料,比如骨头和木头等,在自然界中普遍存在。”该研究的第一编辑,KIT的JensBauer博士说明说:“它们往往拥有很高的承载能力,而且重量很轻,因此经常被可用于技术应用的机械超材料视作模仿的对象。”

德国科学家利用3D打印技术打印出世界最小人造晶格结构

  所谓的超材料是一种人造材料,其结构尺度往往在微米水平上,而且是专门为了拥有某些特定的机械、光学属性而设计的,这些属性是非结构化的固体无法实现的,比如那种可以引导物体周围的声、光、热的“隐形斗篷”;或者那种对于压力或剪切力产生反直觉反应的材料;以及具有很高的特定稳定性的轻质纳米材料等。

  该全球最小的晶格结构是用一种已有的3D激光光刻工艺制造出来的。这种微米大小的指定结构是由计算机控制的激光束在一种感光材料中硬化而成的。不过,这种工艺的分辨率还是有限制的,目前还只能制造出5—10微米长、1微米直径的晶格支柱。

  在此之后,该晶格结构将通过高温分解而收缩和玻璃化。这也是首次将热解用于制造微结构的晶格。具体来说,该对象被放在温度高达900摄氏度左右的真空炉中,导致其中的化学键重新定向。除了碳之外,所有元素都会溢出。这种处于收缩的晶格结构中的无序碳元素会以玻璃碳的形式存在。最终,研究人员们在压力环境中对最后获得的结构进行了稳定性测试。

  “测试结果表明,这种晶格的承载能力非常接近理论极限,而且远高于非结构化的玻璃碳。”这项研究的共同编辑OliverKraft教授报告说。在去年年底之前,Kraft一直是KIT应用材料研究所的负责人。今年,他转任KIT负责研究的副总裁。“在特定稳定性方面,钻石是唯一比它高的固体材料。”

  据悉,微结构材料通常被用于绝缘或减震方面的应用。那些开孔的微结构材料也可以用作化工行业的过滤器,除此之外,超材料也往往拥有非同寻常的光学性质,可以用于电信领域。玻璃碳是一种由纯碳组成的高科技材料。它同时拥有玻璃、陶瓷、石墨的属性,可用于电池的电极或者电解系统。


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