比鑽石更堅硬的新材料可以革新航空航天工業

  • 通常,納米生菜結構是多孔的。
  • 它們達到3.75 GPa g-1 cm3的比強度,是唯一超越某些金剛石系統的蜂窩材料。
  • 在測試階段,使用了3D激光打印過程。

研究人員創造了一種比鑽石硬的新材料。 這種材料可能會徹底改變製造業中的航空航天工業。 到目前為止,新材料僅在實驗室環境中進行了測試。 納米生菜結構是多孔的。 該作品由三維碳撐桿和一個連接支架組成。 由於其獨特的結構,這些結構堅固而輕巧。

通常,納米晶格基於圓柱框架,也可以稱為輻射納米粒子。 但是,最近,研究人員基於微小的板創建了板納米晶格結構類似物。

根據通過大量實驗的實驗室測試,平板方法有望使硬度提高639%。 這意味著與常規版本相比,它的強度將提高522%。 它們達到3.75 GPa g-1 cm3的比強度,是唯一超越某些金剛石系統的蜂窩材料。

在測試階段,使用了3D激光打印過程。 該過程是具有直接激光記錄的雙光子聚合。 兩光子聚合 是一種基於光敏材料(光致抗蝕劑)中兩個光子的同時吸收的非線性光學過程。 該過程改變了光敏材料,即它通過激活抗蝕劑中的所謂光引髮劑而導致聚合。 因此,激光記錄使用的是激光束內部的受控化學反應,以盡可能最小的比例蝕刻形狀。 然後,激光在對紫外線輻射敏感的液態樹脂上發射光子,將其轉變為一定形狀的固體聚合物。 然後去除多餘的樹脂,並加熱成品模型,並將其固定在適當的位置。

根據標題為“剛度和強度的理論極限值下的板式納米纖維”克服了幾個關鍵的製造挑戰,包括去除多餘的原料袋,設計印刷策略以確保不同方向和厚度的印版具有均勻的材料特性以及熱解過程中收縮的管理/優化。 結構通過顯微拉曼光譜,納米計算機斷層掃描(nano-CT)和原位機械壓縮來表徵。

新材料的特性實際上接近這種材料的最大理論剛度和強度,即所謂的Hashin-Strikman和Suquet的上限。 這些是第一個實際實驗,證明了原則上可以達到這些理論上的極限,儘管我們仍然無法以工業規模生產這種材料。 Hashin-Shtrikman(HS)和Suquet上限代表各向同性多孔固體的理論拓撲剛度和強度極限。

總體而言,有希望的新技術可以徹底改變航空航天製造,並允許開發將在飛機,戰鬥機和軍事裝備中使用的新材料。

總而言之,納米技術的應用和研究為製造領域帶來了令人興奮的新可能性,同時可以實現更高的速度和更輕的重量。

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克里斯蒂娜·基托娃(Christina Kitova)

我一生的大部分時間都在從事金融,保險風險管理訴訟。

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