나노래티스

Nanolattice
초강력이지만 경량인 3D 프린팅 카본 나노레이티스의 [1]전자 현미경을 스캔합니다.

나노래티스는 공간 프레임과 같이 질서 있는 격자 구조로 패턴화된 나노미터 크기의 부재로 이루어진 합성 다공질 재료이다.나노래티스는 지난 10년 동안 빠르게 개발된 새롭게 등장한 물질 종류입니다.나노물질은 물질 특성 공간의 한계를 재정의합니다.나노물질은 공기의 50~99%로 구성되지만 나노입자, 나노와이어, 박막에서 흔히 볼 수 있는 크기에 따른 특성을 활용하기 때문에 기계적으로 매우 강력합니다.나노 재료의 가장 전형적인 기계적 특성에는 초고강도, 손상 내성 및 높은 강성이 포함됩니다.따라서 나노 물질에는 다양한 응용 분야가 있습니다.

3D 프린팅 기술의 진화에 힘입어, 소형 격자 디자인을 통해 유익한 재료 크기 효과를 활용하려는 나노 소재가 2010년대 중반에 처음 개발되었습니다.[2][3][4][5]나노래티스는 인간이 만든 가장 작은 격자 트러스[2][6][1] 구조이며 기하학(일반 메타물질 정의)과 요소의 [5]작은 크기 모두에서 특성을 도출하는 메타물질의 한 종류입니다.따라서 자연에서 찾을 수 없는 유효 특성을 가질 수 있으며, 동일한 기하학적 구조의 대규모 격자로는 달성할 수 없습니다.

합성

나노래티스 재료를 생산하기 위해 폴리머 템플릿은 멀티호톤 리소그래피, 자가조립, 자가전파형 광중합체 도파관, 다이렉트 레이저 쓰기 기술 등 고해상도 3D 프린팅 공정에 의해 제조됩니다.이 방법들은 단위 셀 크기를 50나노미터로 줄인 구조물을 합성할 수 있다.유전공학은 나노라티스를 합성할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.세라믹, 금속 또는 복합재료 나노래티스는 열분해, 원자층 증착, 전기도금 및 무전해도금 [5]등의 기술로 폴리머 템플릿의 후처리에 의해 형성된다.열분해는 격자를 최대 90%까지 추가로 수축시키는 최소 크기의 구조를 생성하며, 이를 통해 고분자 템플릿 재료는 불활성 대기 또는 진공에서 열 분해를 통해 [1]탄소 또는 다른[7] 세라믹 및 [8]금속으로 변환됩니다.

특성.

나노 스케일에서는 크기 효과와 입자 경계, 전위 및 공극 분포와 같은 다양한 치수 제약이 물질의 특성을 엄청나게 변화시킬 수 있습니다.나노물질은 비길 데 없는 기계적 성질을 가지고 있다.나노래티스는 초경량임에도 불구하고 현존하는 가장 강한 세포 물질이다.나노레이티스는 50%~99%의 공기로 구성되지만 [2][5][1]강철처럼 강할 수 있다.유효 강도는 1GPa까지 가능하다.벽, 노드, 트러스 등 개별 부재의 극히 작은 부피로 인해 재료 결함 집단이 통계적으로 거의 제거되고 나노 재료의 기재는 이상적이고 완벽한 결정의 이론적인 강도에 따라 기계적 강도에 도달할 수 있습니다.이러한 효과는 일반적으로 나노와이어와 같은 개별적이고 기하학적으로 원시적인 구조로 제한되지만, 특정 아키텍처는 나노래티스가 전체적인 크기가 현저하게 큰 복잡한 3차원 구조에서 그것들을 이용할 수 있도록 합니다.나노래티스는 세라믹 기반 재료로도 변형 및 복구가 [4][9]매우 용이하도록 설계될 수 있습니다.나노 재료는 치명적인 고장 없이 80%의 압축 변형률을 거친 후 100% 원형을 회복할 수 있습니다.나노래티스는 보조(음성 포아송 비율) 또는 메타 유체 거동(큰 부피 계수)[1]과 같은 기계적 메타 물질 특성을 가질 수 있습니다.나노래티스는 기계적 복원력과 초저열전도성을 결합할 수 있으며 광학 클로킹과 [10]같은 전자기 메타물질 특성을 가질 수 있다.그러나 나노 물질 연구의 과제 중 하나는 확장하면서 견고한 특성을 유지하는 방법을 찾는 것입니다.벌크 구조에서 나노 크기 효과를 유지하는 것은 본질적으로 어렵다.이 과제를 해결하기 위한 간단한 해결 방법은 벌크 프로세스를 박막 증착 기술과 결합하여 프레임 공간 중공 구조를 유지하는 것입니다.

어플

나노래티스의 첫 번째 시장은 바이오메디컬, 전기화학, 마이크로유체학 및 항공우주 애플리케이션용 소규모 로트 컴포넌트일 수 있습니다.이러한 컴포넌트는 고도의 커스터마이즈성과 극단적인 조합을 필요로 합니다.항공우주산업에서는 나노래티스를 적용하면 항공기가 가벼워지고 많은 에너지를 절약할 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e Bauer, J.; Schroer, A.; Schwaiger, R.; Kraft, O. (2016). "Approaching theoretical strength in glassy carbon nanolattices". Nature Materials. 15 (4): 438–443. Bibcode:2016NatMa..15..438B. doi:10.1038/nmat4561. PMID 26828314.
  2. ^ a b c "나노라티스 엔지니어링"물리 오늘 69, 3, 76 (2016)
  3. ^ "미래 우주선은 인공 '뼈'로 만들 수 있을까?" latimes.com. 2014년 2월 4일.
  4. ^ a b "세라믹스는 부서지기 쉬울 필요는 없습니다. 놀라울 정도로 가볍고 튼튼한 재료는 부숴진 후 원래의 형태를 되찾습니다." sciencedaily.com. 2014년 9월 11일.
  5. ^ a b c d Bauer, J.; Meza, L. R.; Schaedler, T. A.; Schwaiger, R.; Zheng, X.; Valdevit, L. (2017). "Nanolattices: An Emerging Class of Mechanical Metamaterials". Advanced Materials. 29 (40): 1701850. doi:10.1002/adma.201701850. PMID 28873250.
  6. ^ "연구자는 사상 가장 작은 격자 구조를 만듭니다."http://www.sci-news.com. 2016년 2월 2일.
  7. ^ Bauer, J.; Crook, C.; Guell Izard, A.; Eckel, Z. C.; Ruvalcaba, N.; Schaedler, T. A.; Valdevit, L. (2019). "Additive Manufacturing of Ductile, Ultrastrong Polymer-Derived Nanoceramics". Matter. 1 (6): 1547–1556. doi:10.1016/j.matt.2019.09.009.
  8. ^ Vyatskikh, A.; Delalande, S.; Kudo, A.; Zhang, X.; Portela, C. M.; Greer, J. R. (2018). "Additive manufacturing of 3D nano-architected metals". Nature Communications. 9 (1): 593. Bibcode:2018NatCo...9..593V. doi:10.1038/s41467-018-03071-9. PMC 5807385. PMID 29426947.
  9. ^ Meza, L. R.; Das, S.; Greer, J. R. (2014). "Strong, lightweight, and recoverable three-dimensional ceramic nanolattices" (PDF). Science. 345 (6202): 1322–13226. Bibcode:2014Sci...345.1322M. doi:10.1126/science.1255908. PMID 25214624. S2CID 31887166.
  10. ^ Dou, N.G.; Jagt, R.A.; Portela, C.M.; Greer, J. R.; Minnich, A.J. (2018). "Ultralow Thermal Conductivity and Mechanical Resilience of Architected Nanolattices" (PDF). Nano Letters. 18 (8): 4755–4761. Bibcode:2018NanoL..18.4755D. doi:10.1021/acs.nanolett.8b01191. PMID 30022671.