研究人員模仿晶格結構，創建更強大的3D列印超晶體材料

在一項合作研究中，來自倫敦帝國理工學院和謝菲爾德大學的研究人員分析了 3D 列印物體的晶格結構，並將其與金屬單晶的結構進行了比較。他們發現晶格遵循冶金學原理並幾乎完全複製金屬的單晶結構，其中 3D 列印晶格的節點與單晶原子相似，晶格支柱作為原子鍵。

在兩種結構中，原子平面或晶格情況下的節點都是對齊的。對於在極端溫度下具有抗變形能力的某些應用，例如噴氣發動機，這是非常好的。然而，這些材料確實有它們的缺點：當它們被推到它們的斷裂點時，它們會發生災難性的失敗。這是因為裂縫總是沿著阻力最小的路徑，並且在單晶材料中，它總是直線，因為它的節點是最弱點，節點都是對齊的。

另一方面，多晶材料具有許多晶體，並且它們的原子平面是隨機排列的。通過在節點之間的各個方向上纏繞的最小阻力的路徑，這種材料中的裂縫將減慢。因此，如果 3D 列印物體的內部晶格可以在多晶結構之後建模，那麼理論上這些物體應該更強。

研究小組採用了多晶原子結構模型，對其進行了擴展，他們將這種材料稱為超晶體材料。謝菲爾德大學材料科學與工程系的艾因教授解釋說，「這種材料開發方法對增材製造業具有深遠的影響。物理冶金與建築超材料的融合將使工程師能夠創造具有所需強度和韌性的耐損傷建築材料，同時還可以改善建築材料對外部載荷的響應性能。

這種超晶體材料可以與多材料 3D 列印的最新進展相結合，開闢了一個新的前沿研究開發新型先進材料，這種材料重量輕，機械強度高，有望推進未來的低碳技術。

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