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工程师们培养了一个纳米结构材料的立方体来测试它的强度和弹性。加州理工学院开发的一种新工艺，使制造出大量的纳米结构材料成为可能，这种材料只有DNA的双螺旋那么大。

“纳米结构材料”能表现出不寻常的，是令人惊讶的特性，例如，非常轻的陶瓷在压缩后会弹回原来的形状，就像海绵一样。从超灵敏的触觉传感器到先进的电池，这些特性可能是理想的应用，但到目前为止，工程师们只能在非常有限的范围内制造它们。要制造出结构如此小的材料，通常需要在3d打印过程中利用高精度激光和定制合成的化学物质，一层一层地组装纳米材料。这种艰苦的过程使大量生产成为不可能。

现在，加州理工学院和苏黎世联邦理工学院的一组工程师已经开发出一种纳米级的材料，这种材料可以自行组装，不需要精密的激光设备。这是第一次，他们能够在立方厘米的尺度上创建纳米结构材料的样品。

“我们无法在一个月内3d打印出这么多纳米结构的材料；相反，我们能够在几个小时内培育出它，”3月2日发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新过程研究的主要作者卡洛斯波特拉表示。

在纳米尺度上，这种材料看起来像海绵，但实际上是相互连接的弯曲外壳的集合。这是这种材料强度高、质量轻的关键：光滑弯曲的薄壳，就像鸡蛋壳一样，没有尖角或连接，而这些通常是其他类似材料的薄弱地方。在测试中，材料样品的强度密度比可以与某些的钢相媲美。

格里尔说：“在我们进行的实验和数值分析的支持下，这种新的制造工艺使我们能够大规模生产纳米结构材料，而且制造起来非常容易，这使我们迈出了一步。”

这些纳米材料的特殊之处在于，它们可以自行组装。研究成果是这样进行的：将两种互不溶解的物质混合在一起，形成一种无序的状态。加热混合物使材料聚合，使当前的几何形状固定在适当的位置。这两种材料中的一种被移除，留下纳米级的外壳。所得到的多孔模板随后被涂覆，然后去除第二种聚合物。剩下的就是轻量级纳米壳层网络。

这个过程需要极高的精确度；如果加热不当，这些微结构要么一起熔化，要么坍塌，不会形成相互连接的外壳。但这是该团队第一次看到了纳米结构规模化的潜力。

“很高兴看到我们在实验室中通过实验实现了我们的计算设计的最佳纳米级体系结构，”论文的对应作者DennisM.Kochmann说。接下来，该团队计划通过探索途径来仔细控制微观结构，扩展纳米壳层的材料选择，并推动生产更大体积的材料，从而扩大该过程的通用性。