輕型超級材料，比鋼材堅韌十倍

這塊看起來長得像海綿的超級材料比塑料片還輕，但是它的堅韌程度卻勝過鋼材10倍之多。

新材料是將石墨烯打碎重組，最後組合成類似蜘蛛網的網狀結構。從外表上看，蓬鬆的結構就像是神秘的海洋生物，但裡面幾乎完全中空，而且它的密度僅有原本石墨烯的5%。

更重要的是，雖然科學家們使用了石墨烯，但材料的強大性質並不局限在材料本身，更重要的原因是其中的原子排列方式。

美國麻省理工學院(MIT)的材料科學家Markus J. Buehler表示，你可以用任何東西來代替這種材料，但結構卻是最主要的因素，因為它可以讓許多東西發生變化。

石墨烯是由碳原子組成的薄片，也是地球上最堅韌的材料之一。石墨烯薄片僅有一層碳原子那麼厚，但卻具有著非凡的導電能力和拉伸能力。不幸的是，這種能力很難轉化成三維空間的實物。

研究人員在一份聲明中表示，之前的模擬實驗中，我們發現通過對石墨烯原子進行定向的方式，能夠提高它們在三維空間中的強度。但是，當研究人員在實驗室中嘗試製造這種材料時，結果往往比預計的弱了成百上千倍。

比鋼鐵還堅挺

為了迎接挑戰，研究團隊開始從最基礎的做起：他們首先分析了該結構的原子水平。隨後，他們通過數學建模來準確預測如何製造這種超級材料。研究人員還按理論數據，對實驗熱量和壓力進行精準控制，最終製作出了這種能彎曲且複雜的結構，稱之為gyroids。1970年美國宇航局(NASA)的一位科學家首次在數學模型中創建了這種材料。

Buehler表示，實際上傳統的製作工藝根本不可能成功。

該研究已經於1月6號發表在《Science Advances》雜誌上了，文中寫到，這種材料的堅韌主要源於其巨大的表面積和體積比。在自然界中，像珊瑚和硅藻這樣的海洋生物也是利用了巨大的表面積和體積比在小小的身軀上產生了不可思議的力量。

美國麻省理工學院土木與環境工程的研究員Zhao Qin在聲明中表示，一旦我們能夠製造出這種三維結構，我們便想知道它的極限在何處，我們到底能夠製造出多堅韌的材料。

科學家們建造了一系列的模型，然後將實體製造出來，之後對它們進行拉伸和壓縮測試。最終，研究人員手下的最強材料密度跟塑料袋一樣輕，卻比鋼鐵還堅韌。

研究人員表示，製造這些超級材料的一大障礙是工業產能跟不上。但科學家們表示，其實還是有很多方法對這種材料進行大規模生產的。

舉個例子，可以用實際粒子作為模板，通過化學氣相沉積的方式將石墨烯覆蓋上去，下層模板可以通過化學或物理技術被腐蝕或剝離，最終石墨烯gyroid便留了下來。

在未來，大量的橋樑可以使用gyroid作為材料，它們將會變得堅固無比、質量輕盈，同時還能抗熱防凍，而這一切都要感謝材料中無數的氣泡。

[千里之外 via livescience]