作為地球上最堅硬的材料之一，鉆石成為了許多材料科學(xué)研究的基準(zhǔn)，因為工程師們正努力打造出堅硬的新結(jié)構(gòu)，以超越自然界中最好的材料。加州大學(xué)歐文分校（UCI）的一個團(tuán)隊現(xiàn)在創(chuàng)造了一種納米級的碳晶格，其強(qiáng)度密度比超過了鉆石。

UCI研究團(tuán)隊開發(fā)的新設(shè)計被稱為納米晶格。這些多孔結(jié)構(gòu)由碳制成的支柱和支架組成（就像鉆石本身一樣），它們被排列成一個三維晶格，具有優(yōu)異的強(qiáng)度-強(qiáng)度比。幾十年來，這些納米晶格一直是基于使用圓柱形排列的桁架的設(shè)計。UCI的研究人員將他們的突破歸功于背離了這一傳統(tǒng)，而是用一系列的板子代替了它們。

"以前的基于梁的設(shè)計，雖然很有興趣，但在機(jī)械性能方面并不是那么有效，"這項研究的作者、UCI機(jī)械和航空航天工程的研究員Jens Bauer說。"我們創(chuàng)造的這一類新的板式納米晶格比最好的梁式納米晶格要強(qiáng)得多，硬度也高得多。"

雖然這種類型的板式納米晶格結(jié)構(gòu)已經(jīng)被理論上認(rèn)為具有比其他設(shè)計更強(qiáng)的強(qiáng)度，但制造它們并不容易。UCI團(tuán)隊表示，現(xiàn)在它通過采用一種新穎的方法成功地將其組裝起來，證明了這些理論是正確的。這涉及到了一種復(fù)雜的3D打印技術(shù)，將激光聚焦在紫外光敏感液體樹脂的液滴內(nèi)。這將使樹脂變成一種固體聚合物，然后可以將其加工成薄至160納米的微觀板。板上的小孔允許從成品中去除多余的樹脂，然后在真空中加熱到900℃（1652°F）一小時后，樹脂會進(jìn)行熱解。

根據(jù)該團(tuán)隊的實驗，所得的碳納米晶格比圓柱形梁式結(jié)構(gòu)的平均強(qiáng)度提高了639%，平均剛度提高了522%。"UCI材料科學(xué)與工程教授Lorenzo Valdevit表示：“雖然這些結(jié)構(gòu)的理論性能之前已經(jīng)被預(yù)測到了，但我們是第一個通過實驗驗證它們的性能和預(yù)測的一樣好，同時也展示了一種前所未有的力學(xué)性能的架構(gòu)材料。"

研究人員認(rèn)為，像這樣的納米晶狀體能夠真正發(fā)揮作用的領(lǐng)域之一是在航空航天領(lǐng)域，工程師們一直在尋找能夠提供巨大強(qiáng)度的低密度材料。

這項研究發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。