微晶格金属查看源代码讨论查看历史
微晶格金属（英语：Metallic microlattice），是科学已知的最轻的结构材料之一，选自由的合成多孔金属材料超轻金属泡沫。它的密度低至0.99 mg / cm 3（0.00561 lb / ft 3），金属微晶格技术在汽车和航空工程中具有许多潜在的应用。[1]在其他类型的金属晶格结构中进行的详细比较审查研究表明，对于轻量化目的是有益的，但制造费用昂贵。
概述
微晶格金属是由一组科学家开发加州为基础的HRL实验室，与科研人员合作，在美国加州大学欧文分校和加州理工学院，并于2011年的原型样品11首次宣布从作了镍-磷合金。2012年，微晶格原型被《大众力学》宣布为十大改变世界的创新之一。
综合
为了生产其金属微晶格，HRL / UCI / Caltech团队首先使用基于自蔓延波导形成的技术制备了聚合物模板， [2]，尽管注意到可以使用其他方法来制造模板。该过程使紫外线穿过穿孔的掩模进入可紫外线固化树脂的容器中。光纤样“自陷”的光发生如在掩模各孔下固化该树脂，形成沿光的路径中的薄聚合物纤维。通过使用多个光束，然后可以将多个光纤互连以形成晶格。
该过程与光刻相似，因为它使用二维掩模来定义起始模板结构，但是形成速率不同：立体光刻可能需要数小时才能形成完整结构，而自形成波导过程允许模板在10-100秒内形成。以此方式，该过程使得能够快速且可缩放地形成大型的独立3D晶格材料。然后通过化学镀镍在模板上涂覆一层金属薄层，然后将模板蚀刻掉，留下独立的，周期性的多孔金属结构。原始报告中将镍用作微晶格金属。由于电沉积过程，该材料的7％由溶解的磷原子组成，并且不包含沉淀物。
属性
金属微晶格由相互连接的空心支柱网络组成。在所报导的最低密度的微晶格样品中，每个撑杆的直径约为100微米，壁厚为100纳米。完整的结构按体积计算约为99.99％的空气，按照惯例，计算微晶格密度时不包括空气质量。考虑到间隙空气的质量，结构的真实密度约为2.1 mg /cm3（2.1 kg /m3），仅是25°C时空气本身密度的1.76倍。据称该材料比泡沫聚苯乙烯轻100倍。[3]
密度极低
金属微晶格的特点是密度极低，2011年的记录为0.9 mg / cm 3，是所有已知固体的最低值。的1.0以前的记录毫克/厘米3通过保持二氧化矽 气凝胶，以及全碳气凝胶声称具有0.2毫克/平方厘米的密度3。在机械上，这些微晶格在行为上与弹性体相似，并且在显著压缩后几乎可以完全恢复其形状。[4]与较早的气凝胶（它们是易碎的玻璃状物质）相比，它们具有明显的优势。金属微晶格中的这种弹性性能还导致有效的震动吸收。其杨氏模量ë表现出不同的缩放，与密度ρ，E〜ρ 2相比E〜ρ，3在气凝胶和碳纳米管泡沫。
应用程序
金属微晶格可以找到潜在的应用，如减震器等隔热和防振材料，也可能被证明可用作电池电极和催化剂载体。另外，微晶格在被压缩后能够恢复其原始状态的能力可能使它们适合用于类似弹簧的储能装置。汽车和航空制造商正在使用微晶格技术来开发极其轻巧和高效的结构，该结构将诸如结构加固和传热等多种功能结合到了高性能车辆的单个组件中。
类似材料
多伦多大学的研究人员于2008年创建了一种类似但密度更高的材料，该材料由聚合物快速成型桁架上的电沉积 纳米晶镍层组成。2012年，德国研究人员创建了一种碳泡沫，称为铜铝矿，甚至比金属微晶格更低的密度。2013年，中国科学家开发了一种碳基气凝胶，据称它仍然更轻。诸如基于管的结构之类的奈米晶格是规模较小的相似结构。
影片
参考资料
- ↑ 微晶格：革命性的金属结构如何造福全球制造商机械工程师学会
- ↑ Jacobsen，AJ；世界银行Barvosa-Carter；Nutt，S。（2007）。“由自蔓延的光敏聚合物波导形成的微型桁架结构”。先进材料。19（22）：3892–3896。doi：10.1002 / adma.200700797
- ↑ 自蔓延的光敏聚合物波导形成的微型桁架结构先进材料英国广播公司的新闻
- ↑ 突破性材料仅比空气多CNET