向沉重金屬告別：新型金屬材料99.99%是空氣

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據(jù)英國(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道，波音公司近日公布了世界上最輕盈的金屬結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部99.99%是空氣。波音公司宣稱，這種革命性的金屬材料比泡沫塑料還輕100倍，將引領(lǐng)航空設(shè)計(jì)的未來(lái)。

這種金屬材料被稱為“迷你網(wǎng)格”(microlattice)，非常輕盈，甚至能放在一朵蒲公英之上。它還具有很高的強(qiáng)度，波音公司宣稱，如果把雞蛋用這種材料包裹起來(lái)，即使從25層樓的高度掉下來(lái)也不會(huì)摔壞。

“迷你網(wǎng)格”是一種三維開(kāi)孔的聚合體結(jié)構(gòu)，由互相連接的空心管組成，而管壁的厚度比人類頭發(fā)還要細(xì)1000倍。休斯研究實(shí)驗(yàn)室(HRL)的建筑材料學(xué)家Sophia Yang參與了波音公司的這一項(xiàng)目，她說(shuō)：“在我們的預(yù)期中，這種材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域就是作為航空結(jié)構(gòu)組件�！�

同樣來(lái)自該實(shí)驗(yàn)室的Tobias Schaedler博士說(shuō)：“這種材料的巧妙之處在于將互相連接的空心管組裝成網(wǎng)格，這些空心管的管壁厚度只有100納米，比人類頭發(fā)還細(xì)1000倍�！�

除了極低的密度，“迷你網(wǎng)格”的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)還使金屬具有了意想不到的力學(xué)行為，包括能從超過(guò)50%的壓縮狀態(tài)中完全恢復(fù)，以及具有極高的能量吸收能力。這一材料最初是應(yīng)美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局(DARPA)的要求進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，可用作電池電極和催化劑載體，以及對(duì)聲學(xué)、振動(dòng)或撞擊的能量進(jìn)行抑制。

休斯研究實(shí)驗(yàn)室還于近日宣布，他們將在美國(guó)航空航天局(NASA)的“開(kāi)創(chuàng)新局發(fā)展計(jì)劃”(Game Changing Development Program)的框架下，開(kāi)發(fā)新的超輕材料，以用于建造未來(lái)的航天工具和結(jié)構(gòu)。這些新材料將使NASA進(jìn)行深空探索的航天器重量減少40%，從而使前往火星和更遠(yuǎn)太空成為可能。

對(duì)休斯研究實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，工作的重點(diǎn)便是在超輕的“迷你網(wǎng)格”材料基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出新的超輕“三明治”板狀結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這種結(jié)構(gòu)就是以相對(duì)較厚的輕質(zhì)材料為核心，在上方和下方連接堅(jiān)固的超薄面板。“三明治”結(jié)構(gòu)可以提供很高的抗扭和抗彎剛性，同時(shí)十分輕盈，因而已經(jīng)成為航空工業(yè)中的輕質(zhì)材料的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

目前使用的材料是以泡沫和蜂窩結(jié)構(gòu)為核心，而更加先進(jìn)的核心結(jié)構(gòu)將帶來(lái)重量的進(jìn)一步減輕，并提升材料的性能。在Tobias Schaedler博士的帶領(lǐng)下，休斯研究實(shí)驗(yàn)室的團(tuán)隊(duì)將結(jié)合碳纖維復(fù)合面板，開(kāi)發(fā)出重量更輕、強(qiáng)度更高的新型材料。

“我們正在以超輕金屬‘迷你網(wǎng)格’這種突破性發(fā)明為基礎(chǔ)，作進(jìn)一步的研究，使這項(xiàng)技術(shù)更加成熟，從而能應(yīng)用于下一代的航天飛行工具�！� Tobias Schaedler博士說(shuō)道。

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