近日，中國科學(xué)院近代物理研究所材料研究中心與重慶大學(xué)合作，在利用核徑跡技術(shù)制備具有超高能量吸收密度的力學(xué)超材料研究中取得了進展。相關(guān)研究成果以亮點文章“編輯推薦”（Editors’Highlights）的形式，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。 

　　力學(xué)超材料是指一類具有人工設(shè)計的結(jié)構(gòu)并表現(xiàn)出傳統(tǒng)材料所不具備的超常力學(xué)性質(zhì)的復(fù)合材料。其中，能量吸收型力學(xué)超材料可更高效地吸收機械能，這要求材料本身同時具有高強度和高應(yīng)變能力。然而，在通常情況下，材料的高強度和高應(yīng)變能力較難同時獲得。 

　　納米晶格（Nanolattice）是一類新興的力學(xué)超材料。由于納米尺寸效應(yīng)以及豐富的空間構(gòu)型和材料選擇，納米晶格可以在更輕質(zhì)的情況下實現(xiàn)超常的力學(xué)性質(zhì)，有望在未來高性能材料領(lǐng)域帶來變革性的應(yīng)用。納米梁晶格是納米晶格中主要的研究對象，而長期以來，梁直徑小于100納米的金屬納米晶格的制備較難突破，其力學(xué)性質(zhì)尚不清晰。 

　　科研人員基于蘭州重離子加速器裝置，利用核徑跡技術(shù)，制備了梁直徑僅為34納米的金和銅準(zhǔn)體心立方納米梁晶格。該方法突破了已有納米梁晶格力學(xué)超材料的尺寸極限，實現(xiàn)了梁直徑和相對密度的可控可調(diào)。 

　　實驗結(jié)果表明，銅納米梁晶格的能量吸收密度超越了已有納米梁晶格，刷新了納米梁晶格超材料的能量吸收阿什比圖。此外，金和銅納米梁晶格在密度不到塊體材料一半的情況下，其屈服強度超過了其對應(yīng)的塊體材料。研究進一步通過實驗和模擬揭示了其超常力學(xué)性能主要源自于尺寸效應(yīng)、準(zhǔn)體心立方幾何構(gòu)型和金屬良好延展性的協(xié)同作用。 

　　該研究證明了金和銅準(zhǔn)體心立方納米梁晶格具有優(yōu)異的能量吸收能力和抗壓強度，加深了科學(xué)家對納米梁晶格力學(xué)性質(zhì)的認(rèn)知；實現(xiàn)了核徑跡技術(shù)在納米結(jié)構(gòu)超材料研究中的應(yīng)用，為探尋超高能量吸收密度的納米梁晶格提供了新思路。 

　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項目和中科院前沿科學(xué)重點研究計劃的支持。 

　　論文鏈接 

圖1.金和銅準(zhǔn)體心立方納米梁晶格和已報道的微/納米梁晶格力學(xué)超材料的單位體積能量吸收與密度的阿什比圖  

圖2.準(zhǔn)體心立方納米梁晶格SEM圖片