MIT 和 Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)的研究人员开发了一种如气凝胶(Aerogels)一样的超轻质材料,但是比气凝胶坚硬1000倍。这种材料强度足以用于制造飞机或者汽车,但是却比空气轻(密度小于空气),或许将来对航空和汽车设计带来革新,相关成果发表在最新一期的SCIENCE期刊上。
气凝胶(Aerogels)是一种超轻的材料,目前最轻记录保持材料—aerographene(一种材料的名字,浙江大学成果),密度仅为0.16 mg/cm3。目前,气凝胶可用于保温材料、网球拍、控制石油泄漏和NASA用于收集彗星尾部样品。但是由于气凝胶受到压力后容易破碎,所以应用受到限制。MIT/LLNL研发团队开发的这种材料不是气凝胶,是一种金属复合材料,跟气凝胶一样轻但是强度更高。材料的超强性质主要归功于材料特殊的几何结构设计,并非材料成分决定。
材料通过一种桌面级3D打印技术(微立体投影光刻)制备而成。首先LLNL/MIT研究人员制作一种聚合物模板做基底(poly(1,6-hexanediol diacrylate)或者poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA).),然后再模板加上200至500纳米厚的金属涂层。之后将聚合物材料基地移除,制备出一种金属薄膜管。研究人员用上述相同的方法制备出约50纳米厚的陶瓷薄膜管,这种材料与气凝胶密度相近,但是比气凝胶坚硬四倍。另外一种不同的方法,制备出一个陶瓷聚合物杂化材料,即将陶瓷纳米颗粒混入聚合物材料中,然后通过加热将聚合物除去(二丙烯酸己二醇聚合物或聚乙二醇交联聚合物,先用水洗,然后高温热失重除去),陶瓷颗粒形成坚硬超轻的固体材料,与中空的管材不同。研究人员介绍到这种材料可以负载至少自身重量160000倍的负荷。
参考文献:
标题:Ultralight, Ultrastiff Mechanical Metamaterials
作者:Xiaoyu Zheng等
期刊:Science 20 June 2014: Vol. 344 no. 6190 pp. 1373-1377