自然的启迪，小草的智慧

材料牛注：最近美国一个研究团队开发了一种新的3D打印技术，该技术使用一种陶瓷泡沫墨水来打印具有独立可调的宏观及微观孔隙率的材料。这种材料质量轻，强度高。

某种由哈佛大学的John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)和Wyss生物工程研究所以及麻省理工学院(MIT)的研究人员开发的技术，可以用于制备质量超轻的结构材料、热绝缘材料或者是组织支架。

研究人员称，他们这项工作是受到天然的细胞结构的启发，比如草的结构使其可以承受自重和抵御强风，并且还可以在被频繁压缩后恢复原状。这项研究已经发表在了Proceedings of the Natural Academy of Sciences杂志上。

“通过扩大可打印材料的组成空间，我们可以制备具有超强刚度的轻质结构，”论文的资深作者同时也是Wyss的核心成员Jennifer A. Lewis教授说。Lewis实验室使用的这种陶瓷泡沫墨水包含了氧化铝颗粒，水和空气。

Lewis实验室的研究生，同时也是的论文第一作者Joseph Muth说：“泡沫墨水很有趣，因为你可以在其细胞宏观结构中对其细胞微观结构进行数字化排列。当墨水凝固后，所产生的结构中含有空气，这些空气被不同长度的陶瓷材料所包围。当你在这些结构中加入孔隙时，你就赋予了它本不会有的性质。”

通过控制泡沫的微观结构，研究人员就能调节墨水的性质及其在微观尺度的变形方式。优化墨水性质后，该团队打印出了超轻的六边形和三角形蜂窝状结构，这种结构的形貌，密度和刚度都具有可调性。

MIT材料科学与工程系教授、论文合著者Lorna Gibson博士称：“这种技术结合了两个方面的优势，因为其同时提供了微观结构控制（通过泡沫处理）和全局结构控制（通过3D打印）。由于我们打印的材料已经包含了特定的微观结构，所以我们不需要独立打印各部分。这使得我们相比以前，可以更好地控制结构的特殊层次等级。”

Muth说：“现在我们可以通过一次打印来制备多功能材料，这些材料的力学性能，热导率和传递特性都可通过优化材料的结构来调节。”

虽然该团队在这项研究中使用的只是陶瓷材料，其它种类的泡沫墨水，比如金属和聚合物等打印墨水也可以使用。Lewis称：“这项工作是走向扩展性制备建筑性多孔材料的重要一步。”

原文链接：Nature inspires 3D-printed lightweight structures with exceptional stiffness.

文献链接：Architected cellular ceramics with tailored stiffness via direct foam writing.

本文由材料人编辑部月亮提供素材，贺达编译，王子鸣审核；点我加入材料人编辑部。

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