微晶格金屬查看源代码讨论查看历史
微晶格金屬（英語：Metallic microlattice），是科學已知的最輕的結構材料之一，選自由的合成多孔金屬材料超輕金屬泡沫。它的密度低至0.99 mg / cm 3（0.00561 lb / ft 3），金屬微晶格技術在汽車和航空工程中具有許多潛在的應用。[1]在其他類型的金屬晶格結構中進行的詳細比較審查研究表明，對於輕量化目的是有益的，但製造費用昂貴。
概述
微晶格金屬是由一組科學家開發加州為基礎的HRL實驗室，與科研人員合作，在美國加州大學歐文分校和加州理工學院，並於2011年的原型樣品11首次宣布從作了鎳-磷合金。2012年，微晶格原型被《大眾力學》宣佈為十大改變世界的創新之一。
綜合
為了生產其金屬微晶格，HRL / UCI / Caltech團隊首先使用基於自蔓延波導形成的技術製備了聚合物模板， [2]，儘管注意到可以使用其他方法來製造模板。該過程使紫外線穿過穿孔的掩模進入可紫外線固化樹脂的容器中。光纖樣“自陷”的光發生如在掩模各孔下固化該樹脂，形成沿光的路徑中的薄聚合物纖維。通過使用多個光束，然後可以將多個光纖互連以形成晶格。
該過程與光刻相似，因為它使用二維掩模來定義起始模板結構，但是形成速率不同：立體光刻可能需要數小時才能形成完整結構，而自形成波導過程允許模板在10-100秒內形成。以此方式，該過程使得能夠快速且可縮放地形成大型的獨立3D晶格材料。然後通過化學鍍鎳在模板上塗覆一層金屬薄層，然後將模板蝕刻掉，留下獨立的，週期性的多孔金屬結構。原始報告中將鎳用作微晶格金屬。由於電沉積過程，該材料的7％由溶解的磷原子組成，並且不包含沉澱物。
屬性
金屬微晶格由相互連接的空心支柱網絡組成。在所報導的最低密度的微晶格樣品中，每個撐桿的直徑約為100微米，壁厚為100納米。完整的結構按體積計算約為99.99％的空氣，按照慣例，計算微晶格密度時不包括空氣質量。考慮到間隙空氣的質量，結構的真實密度約為2.1 mg /cm3（2.1 kg /m3），僅是25°C時空氣本身密度的1.76倍。據稱該材料比泡沫聚苯乙烯輕100倍。[3]
密度極低
金屬微晶格的特點是密度極低，2011年的記錄為0.9 mg / cm 3，是所有已知固體的最低值。的1.0以前的記錄毫克/厘米3通過保持二氧化矽 氣凝膠，以及全碳氣凝膠聲稱具有0.2毫克/平方厘米的密度3。在機械上，這些微晶格在行為上與彈性體相似，並且在顯著壓縮後幾乎可以完全恢復其形狀。[4]與較早的氣凝膠（它們是易碎的玻璃狀物質）相比，它們具有明顯的優勢。金屬微晶格中的這種彈性性能還導致有效的震動吸收。其楊氏模量ë表現出不同的縮放，與密度ρ，E〜ρ 2相比E〜ρ，3在氣凝膠和碳納米管泡沫。
應用程序
金屬微晶格可以找到潛在的應用，如減震器等隔熱和防振材料，也可能被證明可用作電池電極和催化劑載體。另外，微晶格在被壓縮後能夠恢復其原始狀態的能力可能使它們適合用於類似彈簧的儲能裝置。汽車和航空製造商正在使用微晶格技術來開發極其輕巧和高效的結構，該結構將諸如結構加固和傳熱等多種功能結合到了高性能車輛的單個組件中。
類似材料
多倫多大學的研究人員於2008年創建了一種類似但密度更高的材料，該材料由聚合物快速成型桁架上的電沉積 納米晶鎳層組成。2012年，德國研究人員創建了一種碳泡沫，稱為銅鋁礦，甚至比金屬微晶格更低的密度。2013年，中國科學家開發了一種碳基氣凝膠，據稱它仍然更輕。諸如基於管的結構之類的奈米晶格是規模較小的相似結構。
影片
參考資料
- ↑ 微晶格：革命性的金屬結構如何造福全球製造商機械工程師學會
- ↑ Jacobsen，AJ；世界銀行Barvosa-Carter；Nutt，S。（2007）。“由自蔓延的光敏聚合物波導形成的微型桁架結構”。先進材料。19（22）：3892–3896。doi：10.1002 / adma.200700797
- ↑ 自蔓延的光敏聚合物波導形成的微型桁架結構先進材料英國廣播公司的新聞
- ↑ 突破性材料僅比空氣多CNET