​《Nature Materials》：消除裂痕，性质质变，无裂痕自组装制备纳米晶格

强且轻的多孔材料在工业界被广泛使用，但是难以在制备的过程中控制这类材料的物理和化学结构限制了这种材料的力学性质。纳米晶格多孔材料由于具有纳米尺度的孔结构，有望克服这种限制。目前制备纳米晶格材料的方法最常用的就是3D打印技术，但是这种技术制备纳米晶格材料速度非常缓慢。即使以最快的速度，打印一个尺寸为20 × 20 × 0.1 mm3 的片状材料也需要64天时间。此外，自组装的方式目前已经实现了快速制备成型的纳米晶格材料。它的原理是通过蒸发法制备用于制作纳米晶格材料的模板，然后通过电沉积的方法使金属原子沉积组装在模板的缝隙中并形成特定形状，然后去除模板后得到特定物理结构和化学组成的纳米晶格材料。然而，传统的组装方法制备的宏观尺寸的纳米晶格材料往往会产生许多细小的内部裂痕，这些裂痕在生产过程中很难避免，但是又会严重影响材料的使用性能和使用寿命。如果能够克服在组装法生产纳米晶格材料的过程中产生的裂痕，将会使纳米晶格材料实现前所未有的特殊性质。同时，为了真正利用纳米晶格材料的显著特性并进一步了解它们的大规模裂痕，实现宏观纳米晶格的制造方法并了解它们的化学和物理特性如何影响其拉伸性能至关重要。美国宾夕法尼亚大学James H. Pikul教授课题组改良了传统的组装方法，成功制备了无裂痕的厘米级多功能金属纳米晶格材料。该工作以题为“Centimetre-scale crack-free self-assembly for ultra-high tensile strength metallic nanolattices”发表在《Nature Materials》上。

文章亮点：

1. 由于纳米晶格材料中的缝隙往往来自于模板，因此制备无缝隙的模板至关重要。该工作中，作者改良了传统的制备模板的挥发沉积法，在粒子挥发时加入甘油作为添加剂，保持模板粒子的湿润，在纳米晶格成型的步骤中省略了传统方法中烧结的步骤，直接在湿润的模板表面进行电沉积，沉积结束移除模板后，得到了无裂痕的厘米尺度的镍纳米晶格材料。该纳米晶格材料具有100 nm周期性特征和30 nm晶粒尺寸。与之前报道的类似的纳米晶格材料相比，无裂纹面积增加了20000倍，加载方向上的晶胞数量增加了1000倍；

2. 具有优秀的力学性质。通过新方法制备的无裂痕纳米晶格在1.12%应变下具有257 MPa的拉伸强度和2.67 g cm-3的密度，这是在任何尺度下具有相同相对密度的最强多孔金属强度的2.6倍。这种材料具有较高的绝对强度和较低的密度，体积比多孔钛小50%，比常见的纳米晶格小10倍，质量比多孔铁轻50%。

名称：材料科学前沿

ID：MaterialFrontiers

立志打造材料领域有特色的新媒体

投稿、荐稿、爆料：yuan@polysci.cn