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納米新材料硬如碳鋼且輕如泡沫塑料

2025-01-27 02:02:00 來源: 點擊數(shù):

科技日報記者 劉霞

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(chuàng)新成果有望為汽車、航空等多個行業(yè)帶來變革。相關論文發(fā)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)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(yōu)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(chuàng)新設計優(yōu)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(xiàn)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(yōu)化納米結構材料。它不僅能夠復制訓練數(shù)據(jù)中的幾何形狀,還能從形狀的變化中學習,區(qū)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(fā)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(yè)碳排放。

責任編輯:左常睿

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