科学家们证明其创造的纳米级碳晶格比钻石更坚硬

作为地球上最坚硬的材料之一，钻石成为了许多材料科学研究的基准，因为工程师们正努力打造出坚硬的新结构，以超越自然界中最好的材料。加州大学欧文分校（UCI）的一个团队现在创造了一种纳米级的碳晶格，其强度密度比超过了钻石。

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UCI研究团队开发的新设计被称为纳米晶格。这些多孔结构由碳制成的支柱和支架组成（就像钻石本身一样），它们被排列成一个三维晶格，具有优异的强度-强度比。几十年来，这些纳米晶格一直是基于使用圆柱形排列的桁架的设计。UCI的研究人员将他们的突破归功于背离了这一传统，而是用一系列的板子代替了它们。

"以前的基于梁的设计，虽然很有兴趣，但在机械性能方面并不是那么有效，"这项研究的作者、UCI机械和航空航天工程的研究员Jens Bauer说。"我们创造的这一类新的板式纳米晶格比最好的梁式纳米晶格要强得多，硬度也高得多。"

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虽然这种类型的板式纳米晶格结构已经被理论上认为具有比其他设计更强的强度，但制造它们并不容易。UCI团队表示，现在它通过采用一种新颖的方法成功地将其组装起来，证明了这些理论是正确的。这涉及到了一种复杂的3D打印技术，将激光聚焦在紫外光敏感液体树脂的液滴内。这将使树脂变成一种固体聚合物，然后可以将其加工成薄至160纳米的微观板。板上的小孔允许从成品中去除多余的树脂，然后在真空中加热到900℃（1652°F）一小时后，树脂会进行热解。

根据该团队的实验，所得的碳纳米晶格比圆柱形梁式结构的平均强度提高了639%，平均刚度提高了522%。"UCI材料科学与工程教授Lorenzo Valdevit表示：“虽然这些结构的理论性能之前已经被预测到了，但我们是第一个通过实验验证它们的性能和预测的一样好，同时也展示了一种前所未有的力学性能的架构材料。"

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研究人员认为，像这样的纳米晶状体能够真正发挥作用的领域之一是在航空航天领域，工程师们一直在寻找能够提供巨大强度的低密度材料。

这项研究发表在《自然·通讯》杂志上。

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-15434-2

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