新型纳米级 3D 打印材料可为卫星 无人机和微电子产品提供更好的结构保护

斯坦福大学的工程师设计了一种用于纳米级 3D 打印的新材料，它可以吸收两倍于其他类似密度材料的能量。纳米级打印创造的结构只有人类头发直径的一小部分，可以打印出微小、坚固和轻便的材料。这项工作的结果发表在《科学》杂志上。

这项研究得到了美国国家科学基金会的多项研究资助以及 NSF 对国家纳米技术协调基础设施斯坦福基地的支持。此外，NSF 研究生研究计划奖学金支持团队成员 David Doan 和 Melody Wang。

研究人员证明，这种新材料吸收的能量是密度相当的其他 3D 打印材料的两倍。未来，他们的发明可用于为易碎的卫星、无人机和微电子产品提供更好的轻型保护。

“现在人们对设计不同类型的 3D 结构以提高机械性能很感兴趣，”斯坦福机械工程师兼该论文的通讯作者 Wendy Gu 说。“我们在此基础上所做的是开发一种真正擅长抵抗力的材料，因此它不仅是 3D 结构，而且还提供了很好的保护。”

研究人员能够将金属纳米团簇与 3D 打印中使用的几种常见聚合物类别结合起来。纳米团簇有助于加快印刷过程。例如，通过将纳米团簇与蛋白质相结合，Gu 和她的同事能够以每秒 100 毫米的速度打印，这比以前在纳米级蛋白质打印中实现的速度快约 100 倍。

使用纳米团簇-聚合物复合材料，所有结构都展示了能量吸收、强度和可恢复性的令人印象深刻的组合——本质上是挤压和回弹的能力。

在某些方面，谷和她的同事们正试图模仿大自然已经完善的东西。例如，骨头的弹性来自坚硬的外表、纳米级孔隙度和少量软材料的组合。这种 3D 结构和多种精心设计的材料的结合使骨骼能够在不断裂的情况下传递能量，同时保持相对轻巧。

“由于纳米团簇能够聚合这些不同类别的化学物质，我们可以使用它们在一种结构中打印多种材料，”顾说。“这是我们想要瞄准的一件事。