卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的科学家们已经打造出了“世界上最小”的小格子,其支柱和支撑的长度小于10微米,直径为小于200纳米(0.2微米)。这一三维晶格结构的总大小不足10微米,但强度却远胜于大多数固体。KIT团队称,这一晶格达成了新一阶的材料密度比(自然界中尚未发现的人造材料属性),大小也不到对比材料的1/5。
在显微镜下可见的“最小晶格”,其每根“支架”的直径仅0.2微米。其材质为玻璃碳(glassy carbon),属于纯碳的一种形式,且同时拥有玻璃、陶瓷和石墨烯的性质。
晶格的生产始于3D光刻,在计算机控制的激光照射下,光刻胶的结构硬化。这种工艺限于生产长度5到10微米、直径1微米的材料,所以团队进一步把晶格玻璃化和进一步缩小。
其声称首次将热解(pyrolysis)用于生产微观结构晶格,该工艺涉及将材料暴露在缺氧的高温环境中。在本例中,晶格被放置在一个真空炉中、温度大约为900℃(1652℉)。
如此一来,化学键会重新定位自身,除了碳以外的元素都被从该晶格中剔除。无序碳(unordered carbon)以玻璃碳(glassy carbon)的形式被留了下来,形成了缩小的晶格结构。
在后续测试中,研究人员发现这种晶格在压力下体现出了卓越的稳定性,研究合著者、Oliver Kraft教授说到:
结果表明,这种晶格的承载力非常接近于理论极限,并且远高于非结构化的玻璃碳。钻石是唯一比它拥有更高稳定特性的固体。
团队认为这种材料可在电极、过滤等化工领域,以及通讯领域的光学部件上得到潜在的应用。
这项研究的第一作者为“Dr.-Ing. Jens Bauer”,此前他曾参与过KIT的其它研究,比如打造出了一个密度比水小、但强度不逊于钢的微结构框架。
详细介绍Bauer和KIT团队最新工作成果的研究报告,已经发表在了近期出版的《自然材料》(Nature Material)期刊上。