清华大学李晓雁副教授课题组在力学结构超材料研究方面取得重要进展

上一篇 / 下一篇  2018-07-20 13:55:59/ 个人分类:科技前沿

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李晓雁课题组提出了一种基于复合材料的设计方案,解决上述难题。该设计方案首先采用了先进的纳米尺度增材制造技术(三维双光子光刻激光直写)直接打印高弹性聚合物材料组成的纳米点阵结构(最小特征尺寸约为260 nm),然后通过磁控溅射手段将具有高强度的高熵合金材料均匀镀层在聚合物骨架的表面(厚度仅为14.2-126.1 nm),从而实现了“1+1>2”的优异力学性能。该纳米点阵不仅保有聚合物材料的高弹性和良好的可恢复性,而且由于高熵合金纳米镀膜的存在,使得该纳米点阵兼具高强度的优点,从而使得该复合纳米点阵材料克服了早先微纳米点阵材料具有的强度与可恢复性之间相互制约的问题。


李晓雁课题组           Nano Letters           复合纳米点阵超材料           高强度           可恢复性

图1. 复合纳米材料的比强度

(来源:Nano Letters


在论文中,研究团队首先展示了该复合纳米点阵材料的制备和微结构及其力学性能表征。通过原位扫描电镜压缩实验证实了复合纳米点阵材料同时具有高的强度和良好的可恢复性。该纳米点阵结构的比强度高达0.027 MPa/kg·m3(图1),最大压缩应变超过50%仍然可以实现几乎完全恢复,且单位体积能量吸收高达4.0 MJ/m3(图2),这一数值比自然界具有相同密度的多孔材料高1-3个数量级。研究结果同时表明,随着高熵合金镀层厚度的增加,压缩过程中主要变形机制发生从局部屈曲到脆性断裂的转变。当厚度介于14.2-50.0 nm之间时,复合纳米点阵材料的比模量和比强度达到极大。


李晓雁课题组           Nano Letters           复合纳米点阵超材料           高强度           可恢复性

图2. 单位体积能量吸收与其它微纳米多孔材料的比较

(来源:Nano Letters


近年来,李晓雁副教授研究团队主要从事新型微纳米结构材料力学行为和力学性能的研究,在相关领域取得了多项重要的成果。相关工作发表在《自然材料》(Nature Materials)、《自然通讯》(Nature Communications)、《科学进展》(Science Advances)、《先进材料》(Advanced Materials)等期刊上。点击原文链接https://www.chembeango.com/zixun/25025看完整内容,了解更多新鲜资讯,搜ChemBeanGo!


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