納米新材料硬如碳鋼且輕如泡沫塑料

科技日報2025年1月27日報道，一個國際科研團隊借助機器學習和3D打印技術，設計并制造出一種新型納米結構材料。這種材料的強度可與碳鋼相媲美，但重量輕如聚苯乙烯泡沫塑料。這一創新成果有望為汽車、航空等多個行業帶來變革。相關論文發表于最新一期《先進材料》雜志。

納米結構材料具有獨特形狀，例如在納米尺度上構建類似橋梁的結構，實現了迄今已知材料中最高的強度重量比和剛度重量比。然而，現有納米材料的晶格形狀往往存在尖銳的交叉點和拐角。這會導致應力集中，引發材料斷裂，從而限制其整體性能。

韓國科學技術研究院團隊采用多目標貝葉斯優化機器學習算法，基于模擬幾何形狀的學習，預測出了最佳幾何設計。這一創新設計優化了納米結構的應力分布，顯著提高了強度重量比。隨后，加拿大多倫多大學團隊利用雙光子聚合3D打印機，制造出高性能碳納米晶格。這種新型納米晶格的強度相比現有材料提升了一倍多，約為鈦材料的5倍。

這是機器學習首次用于優化納米結構材料。它不僅能夠復制訓練數據中的幾何形狀，還能從形狀的變化中學習，區分有效和無效形狀，最終預測出全新的晶格幾何形狀。

這些新材料能夠推動航空航天領域的發展，催生出飛機、直升機和航天器上的超輕部件。這些部件在保持安全和性能的同時，還能大幅降低燃料消耗，減少航空業碳排放。

（2025年1月27日 劉霞 科技日報）