《Matter》：3D打印轻质、超坚韧的混合碳微晶格

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分类：行业动态
发布时间：2023-06-06 15:50
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2022年9月1日，香港城市大学机械工程学系的研究人员在《Matter》上发表题为Lightweight, ultra-tough, 3D-architected hybrid carbon microlattices的研究论文，报道了一种部分碳化的简单热解策略，可大幅提高了3D打印的脆性光聚合物微晶格的强度和延展性。

原文链接：

//doi.org/10.1016/j.matt.2022.08.010

研究简介

人们一直在寻找同时具有高强度和延展性的轻质材料，但这些特性通常是相互排斥的。到目前为止，热解碳微纳米晶格是低密度下超高强度的优质解决方案，但固有的脆性和低韧性限制了它们的结构应用。

本文通过展示一种部分碳化的简单热解过程，打破了我们对热解材料的认知，同时大幅提高了3D打印的脆性光聚合物微晶格的强度和延展性，实现高达60 J g-1的超高比能吸收(高于原来的100倍)，且在高于50%的应变下不会断裂。此外，与纯聚合物相比，部分碳化的微晶格表现出更好的生物相容性，潜在地开启了其生物医学和多功能应用。这种方法将带来一种具有轻质、高韧性和几乎任何几何形状的新型混合碳机械超材料。

研究内容解读

本研究展示了一种简单的热解方法，可制备不同于以往开发的热解碳材料的、超韧、抗断裂的杂化热解碳晶格。该部分碳化方法是通过在惰性气氛中，在有限时间内将3D打印的光聚合物微晶格在其降解温度附近进行热退火来实现的，从而产生与原始聚合物微晶格相比更强(超过100倍)和更韧(超过两倍)的碳复合材料微晶格。

轻质、部分碳化的微晶格在致密应变范围内具有超高的比能吸收且不会断裂，超过了迄今为止制造的所有其他微晶格。研究人员还通过细胞培养实验观察到：与聚合物相比，杂化碳微晶格可以表现出更好的生物相容性，这意味着部分碳化工艺可能带来的好处不仅仅是提高机械性能，还可以扩展到其他功能。因此，这种方法不仅可以用于制造机械坚固的生物支架，还可以带来一种轻、强、抗断裂的碳基机械超材料的新范例，这种材料几乎可制备任何几何形状(包括开放式和封闭式细胞结构)，可用于多种工程和多功能应用。