研究人员制造具有超高能量吸收能力的机械超材料

中国研究人员利用离子轨迹技术成功制备了具有超高能量吸收能力的机械超材料。研究结果作为编辑的亮点发表在Nature Communications上。

该研究由中国科学院(CAS)现代物理研究所(IMP)材料研究中心的研究人员及其重庆大学的合作者进行。

机械超材料是指一类具有人工设计结构的复合材料，表现出传统材料所不具备的非凡力学性能。其中，吸收能量的机械超材料可以更有效地吸收机械能，这就要求材料本身同时具备高强度和高应变能力，但两者一般很难共存。

Nanolattice是一类新型的机械超材料，具有纳米级的特征尺寸。由于尺寸效应、几何构型和材料选择，这类多孔材料的力学性能与散装材料的机械性能有很大不同。纳米晶格具有更好的机械性能和更轻的重量，有望在未来高性能功能材料领域带来革命性的应用。

束结构纳米晶格是纳米晶格超材料的研究热点。然而，制备光束直径小于100 nm的金属束纳米晶格一直具有挑战性，因此其力学性能仍然模糊不清。

在这项工作中，研究人员基于兰州重离子研究设施(HIRFL)，利用离子轨道技术制备了一种新型的准体中心立方(准BCC)束纳米晶格机械超材料。准BCC纳米晶格的光束直径可以小至34 nm，创下机械超材料光束直径的记录。

此外，研究人员还证明，金和铜准BCC束纳米晶格具有出色的能量吸收能力和抗压强度。实验表明，铜准BCC束纳米晶格的能量吸收能力超过了先前报道的束束纳米晶格。金和铜准BCC束纳米晶格的屈服强度超过相应的块体材料，密度不到后者的一半。

此外，研究人员发现，非凡的机械性能主要是由于尺寸效应、准BCC几何形状和金属良好的延展性的协同效应。

本研究阐明了束束纳米晶格的力学性能，并将离子轨迹技术作为探索具有超高能量吸收能力的束束纳米晶格的新方法。