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Nature子刊:多尺度金属超材料,从纳米到几十厘米!

纳米人
2018-05-29


具有三维微纳构筑体系的材料往往表现出高效的力学、光学以及能量转化性能。然而,受制于其可扩展性,这些三维微纳体系的宏观构筑物一般只能将其性能连续扩大到几百微米或者不连续的扩大到多个数量级的尺度。如此一来,具有良好力学性能的宏观尺寸材料便难以实现。

 

有鉴于此,Zheng等人报道了一种从纳米到厘米,横跨多个数量级的多级次三维镍合金超材料。

 


图1.  多级次三维镍合金超材料

 

    研究人员采用高分辨、大面积、可扩展的增材制造技术来实现这类材料的制备,这是通过双光子聚合或者传统的立体光刻技术难以实现的。在宏观尺度,这些超材料拉伸弹性高达20%以上,强度比接近恒定。

 

 


图2. 微观结构构筑的复合多级次超材料

 

 

图3. 多级次三维镍合金超材料制备技术

 

 

延伸阅读:

 

“超材料(metamaterial)”是指具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。

 

“超材料(metamaterial)”的三大特征:

(1)具有新奇人工结构的复合材料;

(2)具有超常的物理性质(往往是自然界的材料中所不具备的);

(3)性质往往不主要决定于构成材料的本征性质,而决定于其中的人工结构。

 

超材料的设计思想表明人们可以在不违背基本的物理学规律的前提下,人工获得与自然界物质具有迥然不同的超常物理性质的“新物质”。典型的“超材料”有:“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”、“金属水”等。目前,基于这些实验成果展开的产品转化步伐也在加快,譬如超材料雷达天线、吸波材料、电子对抗雷达、超材料通信天线、无人机雷达、声学隐身技术等。

 


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Xiaoyu Zheng et al. Multiscale metallic metamaterials. Nature Materials, 2016.



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