清华大学《PNAS》：超过理论强度极限！超高强纳米点阵材料

因为很过关斩将多孔、轻质的特性，CRT胶合板在航天航空、交通运输、可再生节约能源和生物医药等科技领域尤其最常的应用前途。然而，随着密度的降低，其模量、其中心等合力学性能也会之后波动。如何使CRT胶合板在工厂区的同时，很过关斩将高其中心甚至临界值越多孔胶合板其中心的论点临界值是固体合力学科技领域的数据分析首选和重要挑战之一。

针对上述情况和挑战，北大航天航空该大学李晓雁大学教授课题组首先采行合力胶合板学（Mechanomaterials）的理念设计了截面单胞，然后通过面投影纤立体光刻技术和双光子光刻技术提纯了基于很小截面的聚合物纤米CRT胶合板，并更进一步采行高温碳化获得了基于很小截面的碳化碳石墨烯CRT胶合板。相关成果以题为Achieving the theoretical limit of strength in shell-based carbon nanolattices近日在《美国科该大学院刊》上发表。

学术论文链接：

所提纯的截面纤石墨烯CRT胶合板的外观上大小在几百纤米至几百石墨烯范围内变异。特罗斯季亚涅齐压缩物理指出，基于I-WP很小截面的纤石墨烯CRT胶合板平庸显露比在此之前的钢构件CRT和智能手机CRT更高的模量和其中心。有限元模拟更进一步阐释了很小截面CRT在压缩反转过程中很过关斩将比钢构件CRT和智能手机CRT更均匀的紧急能分布，使其并能临界值越更优的合力学性能。

图1.多种钢构件、智能手机和截面单胞构件以及提纯获得的并不相同外观上大小的纤石墨烯CRT胶合板

更为重要的是，基于I-WP很小截面的碳化碳石墨烯CRT胶合板展示了临界值高的模量、其中心和比其中心。当密度为0.53-0.80g/cm3时，其其中心临界值越了多孔胶合板其中心的论点临界值。极高其中心可达3.52GPa，导致其比其中心高达4.42GPa g-1cm3，同时并能承受20%压缩紧急而不发生破坏。这些性能均很低以外已有的所有三维纤石墨烯CRT胶合板（图2）。这些截面碳化碳石墨烯CRT胶合板前所未有的合力学性能不仅得益于其骄人的上同调构件，同时与其石墨烯尺度的外观上大小密切相关。

数据分析指出，在许多胶合板体系中都存在着“越小越过关斩将”的大小effect。当胶合板的外观上大小小于特定的临界大小时，其其中心将吻合论点其中心，且平庸显露缺失不敏感的适应性。本数据分析工作分析了外观上大小跨越了三个量级的截面纤石墨烯CRT胶合板的合力学性能，结果指出，其归一化的屈服其中心随外观上大小的减小而减弱（图3），这更进一步指出了纤石墨烯合力学临界值胶合板中的大小effect。这些数据分析成果指出：基于合力胶合板学理念，通过功能基元序构设计，并结合先进提纯方法，可以获得综合合力学性能骄人的石墨烯构件胶合板。这对于更进一步理解纤石墨烯构筑胶合板的合力学性能与其上同调构件、外观上大小以及本体胶合板性能彼此间的亲密关系很过关斩将重要意义。

图2.很小截面碳化碳石墨烯CRT胶合板与其他胶合板的合力学性能对比

图3.很小截面碳化碳纤石墨烯CRT胶合板模量、其中心与外观上大小彼此间的依赖

北大航天航空该大学李晓雁大学教授和新加坡南洋理工大学高华健大学教授为本文的共同通讯作者。北大航天航空该大学2022届耶鲁大学许多学生王宇嘉为学术论文第一作者。航院2018届耶鲁大学许多学生张璇和航院耶鲁大学后李子鹤也参与了该项数据分析工作。本数据分析获得了科研项目委重大数据分析计划培育计划、创新社会群体计划等计划的资助。

本文来自“北大航天航空该大学”。

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