蘭州重離子加速器制成超高能量吸收力學超材料

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近日，中國科學院近代物理研究所材料研究中心科研人員與重慶大學合作者在利用核徑跡技術制備具有超高能量吸收密度的力學超材料研究中取得了進展。相關成果以亮點文章“編輯推薦”的形式發表于《自然-通訊》（Nature Communications）。

據了解，力學超材料是指一類具有人工設計的結構并表現出傳統材料所不具備的超常力學性質的復合材料。其中，能量吸收型力學超材料可以更高效地吸收機械能，這要求材料本身同時具有高強度和高應變能力。但在通常情況下，材料的高強度和高應變能力很難同時獲得。而納米晶格是一類新興的力學超材料。由于納米尺寸效應以及豐富的空間構型和材料選擇，納米晶格可以在更輕質的情況下實現超常的力學性質，有望在未來高性能材料領域帶來變革性的應用。納米梁晶格是納米晶格中最主要的研究對象，然而長期以來，梁直徑小于100納米的金屬納米晶格的制備很難突破，其力學性質還不是很清楚。 

科研人員基于蘭州重離子加速器裝置，利用核徑跡技術，成功制備了梁直徑僅為34納米的金和銅準體心立方納米梁晶格。該方法突破了已有納米梁晶格力學超材料的尺寸極限，實現了梁直徑和相對密度的可控可調。 

實驗結果表明，銅納米梁晶格的能量吸收密度超越了已有納米梁晶格，刷新了納米梁晶格超材料的能量吸收阿什比圖。此外，金和銅納米梁晶格在密度不到塊體材料一半的情況下，其屈服強度超過了其對應的塊體材料。研究人員進一步通過實驗和模擬揭示了其超常力學性能主要源自于尺寸效應、準體心立方幾何構型和金屬良好延展性的協同作用。 

該研究證明了金和銅準體心立方納米梁晶格具有優異的能量吸收能力和抗壓強度，加深了對納米梁晶格力學性質的理解；同時實現了核徑跡技術在納米結構超材料研究中的應用，為探尋超高能量吸收密度的納米梁晶格提供了一個新的思路。 

該工作得到了國家自然科學基金聯合重點項目和中國科學院前沿科學重點研究計劃的支持。 

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