我們?nèi)粘Ｊ褂玫匿撹F和其他金屬并不像它們被描述得那樣強大。構(gòu)成鋼、鋁和鈦等金屬的晶體結(jié)構(gòu)賦予它們強度和柔韌性，但這種結(jié)構(gòu)不完美，因此所受應力有時遠低于金屬本身的理論強度極限。例如，如果鈦具有理想的結(jié)構(gòu)，則其強度將提高10倍。 克服這種情況的一種方法可以在普通木材中找到。純纖維素是木材中的主要成分，但當它形成復雜的木材結(jié)構(gòu)時，它變得如此強大，使木材和商用鋼具有相當?shù)膹姸?。在賓夕法尼亞大學機械工程與應用力學系助理教授James Pikul的帶領下，這項新研究探討了采用金屬的新方法，并賦予其多孔結(jié)構(gòu)，使木材具有強度。 在過去，這已經(jīng)通過尋找將熔融金屬變成泡沫的方法，或者使用具有百納米精度的3D打印來逐漸形成類似木材的金屬來完成。問題是金屬泡沫3D打印過程很慢，很難從實驗室規(guī)模擴大規(guī)模。“我們稱之為金屬木材的原因不僅僅是它的密度，木材的密度，而是它的細胞性質(zhì)，”Pikul表示?！凹毎牧鲜嵌嗫椎?如果你看看木紋，那就是你所看到的 - 那些厚而致密的部分用于固定結(jié)構(gòu)，部分是多孔的，用于支持生物功能，如往返運輸細胞。我們的結(jié)構(gòu)很相似。我們的區(qū)域厚而密，有堅固的金屬支柱，多孔的區(qū)域有氣隙。我們只是在長度級別上操作，支柱的強度接近理論最大值?！?/span>
根據(jù)研究人員的說法，關鍵是要采用更小的級別來提高強度。他們通過將幾百納米寬的塑料球懸浮在水中來實現(xiàn)這一目的，并允許其蒸發(fā)。當水消失時，球體會變成整齊的幾何結(jié)晶圖案。然后用薄的鉻電鍍電鍍，并用鎳填充球體。然后塑料被溶解，剩下的是一個開放的金屬支柱網(wǎng)絡，有70％的空間 - 使其足夠輕，可以漂浮在水中。
到目前為止，測試金屬已經(jīng)是面積約為1平方厘米的金屬薄片形式。而且，這是一個非常昂貴的過程。然而，研究人員的目標是可以更便宜地生產(chǎn)更多數(shù)量的材料。此外，團隊需要了解“金屬木材”的特性，例如敲擊時是否凹陷或破碎。
該技術(shù)的另一個有趣的潛力是金屬中的空白空間可以填充另一種材料。就像木材中的毛孔用于容納活細胞并輸送水和養(yǎng)分一樣，“金屬木材”可以填充有例如電池等材料，以產(chǎn)生諸如自供電機翼或假腿之類的東西。
該研究發(fā)表在《自然》子刊《科學報道》(Scientific Reports)上。
來源：cnbeta
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