金银证明了建造超轻材料新工艺的可行性
来源： 2021-03-09 16:05:03
Helmholtz-Zentrum Geesthacht和汉堡工业大学的研究人员为未来的超轻材料开发了一种新的材料设计方法：纳米尺寸的金属支柱在不同的层次上形成嵌套网络，从而提供了强大的功能。
术语“分层”描述了由大梁支撑，较小梁支撑的开放阵列的工程方法，类似于埃菲尔铁塔的结构。
根据科学家的说法，几年来，研究人员一直试图将这种有效的方法转移到材料的内部微观结构中，例如，通过使用可以在微米级复制工程桁架结构的3D打印机。
但是，3D打印机最多只能打印10,000束光束，这不是一个切实可行的选择。
尽管有这个限制，这个德国团队开始思考如果将光束尺寸缩小到几纳米就可以加强光束。他们相信这些光束可以为新型材料提供基础-异常轻巧，同时坚固。
然而，这种材料将必须包含数万亿束光束，甚至超过了最复杂的打印机的能力。“这就是为什么我们必须通过自组织来欺骗自然界来为我们制作这类材料，”负责这项研究的山石在一份媒体声明中说。
首先，团队使用了93%的银和7%的金的合金。将该合金浸入稀硫酸中，溶解掉大约一半的银。结果，剩余的材料自身重新排列，形成了微妙的纳米级光束网络。
之后，对该材料进行了数百度的热处理，在保持原始结构的同时，将网络粗化到150纳米的光束大小。
在最后一步中，用酸洗去了其余的银，只剩下平均孔径为15纳米的金光束。结果是一种具有两种截然不同的光束尺寸的分层结构材料，其开放的网络结构使其由80%到90%的空气组成，密度仅为固态金属的10%到20%。
“鉴于这种材料的低密度，它对关键机械参数(例如强度和弹性模量)显示出极高的值，”与这些发现共同发表于《科学》杂志上的研究的约格·魏斯米勒(JörgWeißmüller)说。“我们去除了大部分重量，只剩下很少的重量，但是这种材料比迄今为止的先进技术坚固得多。”
魏斯米勒说，这首次证明了分层结构不仅对诸如艾菲尔铁塔之类的宏观工程桁架结构有益，而且对轻型网络材料也有利。
研究人员认识到，这种新材料还不适合用于轻质结构，因为为此目的，黄金太贵，太重，太软。但是，可以设想将设计方法转移到其他技术上更相关的金属，例如铝，镁或钛。
Weißmüller说：“通过我们的工艺制造金属丝甚至整块金属似乎是完全可行的。”“到那时，材料将在现实生活中变得有趣，例如，在更轻便，因此更节能的汽车新概念中。”
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