'다이아몬드보다 강한' 탄소나노구조체 설계

작성자: University of California - Irvine2020년 4월 14일

벽 두께가 약 160나노미터인 폐쇄 셀, 플레이트 기반 나노 격자 구조는 UCI 및 기타 기관의 연구원이 설계했으며 이러한 배열이 다공성 재료의 이론화된 강도 및 강성 한계에 도달한다는 최초의 실험적 검증입니다. 출처: Cameron Crook 및 Jens Bauer / UCI

캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스(University of California, Irvine) 및 기타 기관의 연구원들은 강도 대 밀도 비율에서 다이아몬드보다 강한 나노미터 크기의 탄소 구조인 판형 나노 격자를 건축학적으로 설계했습니다.

In a recent study in Nature Communications<em>Nature Communications</em> is a peer-reviewed, open-access, multidisciplinary, scientific journal published by Nature Portfolio. It covers the natural sciences, including physics, biology, chemistry, medicine, and earth sciences. It began publishing in 2010 and has editorial offices in London, Berlin, New York City, and Shanghai. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Nature Communications에 따르면, 과학자들은 지난 수십 년 동안 이러한 구조에서 흔히 볼 수 있었던 원통형 트러스 대신 밀접하게 연결된 폐쇄 셀 플레이트로 구성된 재료를 개념화하고 제작하는 데 성공했다고 보고합니다.

"이전의 빔 기반 설계는 큰 관심을 끌었지만 기계적 특성 측면에서 그다지 효율적이지 않았습니다."라고 교신 저자이자 기계 및 항공우주 공학 분야의 UCI 연구원인 Jens Bauer가 말했습니다. "우리가 만든 이 새로운 종류의 판형 나노입자는 최고의 빔형 나노입자보다 훨씬 더 강하고 단단합니다."

논문에 따르면 팀의 설계는 원통형 빔 기반 아키텍처의 평균 성능을 최대 639%의 강도와 522%의 강성을 향상시키는 것으로 나타났습니다.

UCI의 재료 과학 및 공학 교수이자 기계 및 항공 우주 공학 교수인 Lorenzo Valdevit의 건축 재료 연구소 구성원들은 어바인 재료 연구소(Irvine Materials Research Institute)에서 제공한 주사 전자 현미경 및 기타 기술을 사용하여 연구 결과를 검증했습니다.

"과학자들은 판 기반 디자인으로 배열된 나노 격자가 엄청나게 강할 것이라고 예측했습니다"라고 재료 과학 및 공학 분야의 UCI 대학원생인 주저자 Cameron Crook이 말했습니다. "그러나 이러한 방식으로 구조를 제조하는 것이 어렵다는 것은 우리가 성공할 때까지 이론이 결코 입증되지 않았다는 것을 의미했습니다."

Bauer said the team's achievement rests on a complex 3D laser printing process called two-photonA photon is a particle of light. It is the basic unit of light and other electromagnetic radiation, and is responsible for the electromagnetic force, one of the four fundamental forces of nature. Photons have no mass, but they do have energy and momentum. They travel at the speed of light in a vacuum, and can have different wavelengths, which correspond to different colors of light. Photons can also have different energies, which correspond to different frequencies of light." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 광자 중합 직접 레이저 쓰기. 레이저가 자외선에 민감한 액체 수지 방울 내부에 초점을 맞추면 물질은 분자가 두 개의 광자와 동시에 충돌하는 고체 중합체가 됩니다. 레이저를 스캔하거나 스테이지를 3차원으로 이동함으로써 이 기술은 세포의 주기적인 배열을 렌더링할 수 있으며, 각 세포는 160나노미터만큼 얇은 판 조립체로 구성됩니다.

One of the group's innovations was to include tiny holes in the plates that could be used to remove excess resin from the finished material. As a final step, the lattices go through pyrolysis, in which they’re heated to 900 degrees CelsiusThe Celsius scale, also known as the centigrade scale, is a temperature scale named after the Swedish astronomer Anders Celsius. In the Celsius scale, 0 °C is the freezing point of water and 100 °C is the boiling point of water at 1 atm pressure." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"Celsius in a vacuum for one hour. According to Bauer, the end result is a cube-shaped lattice of glassy carbon that has the highest strength scientists ever thought possible for such a porous material./p>