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2014-10-01讓陶瓷不再脆弱
538 期
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編輯部
9/11 陶瓷總被認為是又重又易碎的物質，但科學家已發展出一種特殊技術，讓它能擁有輕巧、堅固等不可能同時存在的特性。
他們利用材料在奈米尺度時會表現出特殊性質的概念，先製造出奈米等級的基礎結構，再像樂高積木一樣組合成更大的架構，透過這種方式便可獲得任何你想要的材料特性。
來自美國加州理工學院的研究人員先以雙光子光刻技術與雷射光，製作出三維網格結構的聚合物支架；接著再以任何需要的材料（金屬、合金、玻璃、半導體等等）將這個網格支架包覆起來並予以蝕刻，就能去除支架、留下中空的網格結構。
最新的研究中，他們運用這個技術於氧化鋁陶瓷上，將陶瓷製造成一種中空的管狀網格架構，管壁厚度約5~60nm、直徑為450~1380nm；這樣的結構讓陶瓷變成幾乎含有99.9％空氣的材質，輕得像氣球一樣，但卻異常堅固。當管壁厚度在50nm、直徑1μm的情況下受力會粉碎，但是當厚度降低到10 nm時，卻能在承受80％的形變後恢復結構。因此，像陶瓷這類易脆化的材料，若能由10nm厚度的管壁組成，就能大幅提高它的抗壓強度。
由於這種技術可以在任何材料上建構出奈米等級的支架，改良材質的特性，所以應用範圍十分廣泛，研究人員也正在積極尋找擴大生產這種元件材料的方法。