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科學家用3D打印開發超高強度輕質材料
童程童美 2016-11-23
材料學家Jens Bauer和德國卡爾斯魯厄理工學院(KIT)一個技術團隊受人類骨骼的啟發正在使用3D激光光刻技術開發一種高強度輕質材料。這種材料比其它所有工程材料的強度重量比都高,而且密度比水還低。
摘要材料學家Jens Bauer和德國卡爾斯魯厄理工學院(KIT)一個技術團隊受人類骨骼的啟發正在使用3D激光光刻技術開發一種高強度輕質材料。這種材料比其它所有工程材料的強度重量比都高,而且密度比水還低。
在材料科學家眼里,整個世界都是材料構成的。大多數材料科學家的畢生追求的目標是找到強度更高而密度更低的材料。正常的情況是物體的強度越高,它們的比重越大。
自然界存在一些天然的多孔材料,比如骨頭或木材,往往具有輕質高強度的特點,但是其復雜的微觀結構使得這些天然材料不可能被復制。
但如今,激光和3D打印技術的新發展使得像Bauer這樣的材料科學家們獲得了強大的工具來實現新型材料的設計開發。Bauer和他的團隊使用了一種由Nanoscribe開發的名為3D激光光刻(3D laser lithography)的技術。Nanoscribe是KIT下屬的一個研究機構,3D激光光刻是使用極小的激光束和特殊鏡片通過光敏感聚合物來創建微小結構。然后將聚合物用一種鋁化合物包裹以創造出通風、結構重疊、骨骼狀的材料,如下所示。
Bauer和他的團隊對上述不同結構的材料進行壓力測試,從而找出具有最高強度重量比的新型材料。據了解,最后找出的最強材料內部擁有蜂窩結構體而且被50納米厚的氧化鋁涂層包裹。它能夠承受的壓力高達280兆帕斯卡,這使得它成為最強的人造材料,而且密度比水輕。
Nanoscribe現有的制造系統只能制造幾十微米大小的這種材料。隨著激光技術、3D打印和材料技術的提高,預計這種新型的超強輕質材料將很快在現實生活中應用。