美国研制出坚固轻质的纳米陶瓷材料

发布时间：2014/9/18 0:11:23

据美国麻省理工学院（MIT）《技术评论》杂志近日报道，美国科学家研制出了一种新的陶瓷材料，由纳米支杆相互交错而形成。研究人员表示，这是有史以来*坚固且*轻质的材料之一，如果他们能想到方法大规模制造出此类物质，那么，它可以被用来制造飞机、卡车以及电池的电极，研究发表在*新一期的《科学》杂志上。

由加州理工学院的材料科学家茱莉亚•格里尔领导的研究团队发现，通过对纳米材料的支杆和节点进行认真地设计，他们能制造出陶瓷、金属和其他压碎后能恢复的材料，就像海绵一样。这种材料不仅坚固而且轻质，可以像羽毛一样漂浮在空中。

传统材料的强度、重量以及密度紧密相关，比如，陶瓷很坚固，但也很重，因此，它们不能被用来制造重量非常重要的物件，比如，汽车车身。而且，一旦陶瓷被打碎，它们就像玻璃一样，粉身碎骨，无法复原。

但纳米世界并不遵循这一规则。在纳米尺度下，陶瓷的结构和力学属性与其重量等属性的联系变得不那么密切，而且，其属性可以被*地修改。格里尔说：“对陶瓷来说，越小越坚固。”这意味着由陶瓷材料制成的纳米尺度的构架可以兼顾轻质与坚固。

2011年，格里尔与其他科学家携手制造出了有史以来*轻质的材料之一：一种由中空的金属管制成的微网格。现在，她更上一层楼，制造出了拥有同样属性的陶瓷，这些材料由一些被调谐得非常好的结构制成，因此，很难制造出来。

为了制造出陶瓷纳米支架，格里尔团队使用一种名为双光子干涉光刻（相当于成本极低的3D激光打印技术）的技术，首先，他们用这一方法，使用聚合物制造出了所需的结构-网格，接着，用氧化铝等陶瓷将聚合物包裹起来，随后，再用氧等离子体对其进行蚀刻，*终只留下中空的陶瓷管网格。

格里尔团队证明，通过改变管壁的厚度，可以很好地对材料是否容易破碎进行控制。当管壁很厚时，陶瓷会在压力下粉碎，和我们想象的一样，但当管壁仅为10纳米厚时，材料在压力下也会弯曲，但随后会恢复其形状。

研究人员表示，这种新材料或许非常适合用做制造电池的原料。纳米结构拥有很大的表面积，而且非常轻质，这两点结合起来，可以制造能快速充放且能容纳很多能源的电池。实际上，格里尔表示，她正在与德国博世公司携手将*新设计应用在锂离子电池的制造过程中。

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