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能上天的!超薄超轻“纳米板”问世!

Release time:2022-03-15  Browse times:509
纳米板是一种由氧化铝薄膜制成的空心板。它的夹层结构与瓦楞纸板相似,但其硬度是等质量实心板的上万倍。纳米板的质量很轻,并且在弯曲后可以恢复原状。

为了选择合适的材料,往往需要在材料的许多特性之间进行权衡,比如厚度、硬度和质量等。《自然·通讯》杂志报道,美国宾夕法尼亚大学(PU)的研究团队展示了一种新型材料“纳米板”。这是一种与瓦楞纸板相似的氧化铝空心板,虽然它的质量很轻——每一平方厘米的纳米纸板,质量不足千分之一克,但其硬度却是等质量实心板的上万倍。纳米板还具有良好的弹性,它在弯曲后可以恢复原状。纳米板除了具有优异的机械性能外,也是一种超强热绝缘体。

PU机械工程与应用力学助理教授、论文作者伊戈尔·巴加廷(Igor Bargatin)说:“瓦楞纸板是人们最熟悉的夹层结构之一,它既轻便又坚固。纳米板正是借鉴了这种夹层结构。” 夹层结构吸引材料学研究人员关注的原因在于:它们在降低材料质量的同时,不会牺牲材料的整体强度。然而,它们也不可能是完全中空的,否则当外力将外侧固体面朝相反方向推动时,夹层结构会变得松软而容易受到剪切作用。PU教授、论文合作者普拉山特·普罗希特(Prashant Purohit)解释说:“即使你用同样的材料做成实心材料,其截面的中心部分能承受的弯曲应力也不会很高。然而,在材料中心设置一些擅长抵抗剪切应力的结构,如蜂窝格,那么材料的抗剪切性就会大大提升了。”研究人员萨穆埃尔·尼凯斯(Samuel Nicaise)补充说:“这丝毫不奇怪。生物进化使部分植物叶子和动物骨骼中也产生了类似结构。”

厉害了!超薄超轻“纳米板”问世!甚至能上天

纳米板具有与鸢尾叶横断面相似的夹层结构,但其结构更随机。

虽然研究人员找到了设计原理,但将其扩展到纳米领域却困难重重——并没有“纳米胶水”可以用于粘合纳米板。万幸的是,巴加廷团队偶然间从辛格纳米技术中心(SCN)的研究人员杰拉德·洛佩兹(Gerald Lopez)和梅里迪斯·梅兹勒(Meredith Metzler)处获得了解决方案。研究人员最终利用含贯穿通道的固体硅模板作为基材,采用氧化铝化学沉积法和刻蚀技术,以篮式编织模式制造了纳米板。

纳米板独特的机械性能和热性能对于微型航空器和能量转换器的制造都有巨大的潜在应用价值。未来,研究人员还会对纳米板的光致温差-悬浮能力进行研究。
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