“金属木材”再攀新高地

金属木条比铝箔更薄，却能承受50倍自重而不会弯曲。

纳米级孔隙是决定金属木材性能的关键因素。

由于出众的强度-密度比，天然木材一直在建筑行业中扮演着重要角色：一方面，树木足够强壮，可以长到数百英尺高；另一方面，木材又非常轻便，能够漂浮于水面。工程师们一直希望用金属木材替代天然木材。作为一种纳米级镍柱晶格，金属木材充满了规则间隔的细胞状孔隙。这种孔隙结构降低了材料的密度，而不会牺牲强度。此外，金属木材还具有独特的光学特性——由于间隙尺寸与可见光的波长相同，金属木材反射的光会以干涉方式强化特定颜色。因此，金属木材具有炫目的外观，甚至具备用作传感器的潜质。

phys.org网站当地时间6月29日报道，美国宾夕法尼亚大学的研究人员在《自然·材料》杂志中发文称，他们已经解决了限制金属木材应用的一个主要问题：纳米颗粒生长为大型金属薄膜时形成的倒置裂纹（inverted cracks）。他们成功消除了倒置裂纹，这一问题解决后，金属木材的组装面积将达到此前的两万倍。

当材料中出现裂纹时，原子键会断开，最终导致材料断裂。在金属木材中，倒置裂纹的产生原因是镍原子过多，这与金属木材的制造方式有关。当某个位置金属球的规则堆叠模式被打乱时，镍将填补这些空缺，在模板移除后，倒置裂纹便会产生。

研究人员James Pikul说：“制造金属木材的标准流程始于纳米颗粒溶液，随后是蒸发溶剂，直到颗粒干燥并规则堆积。问题在于，水的表面张力非常大，甚至能撕裂颗粒链接，形成裂纹。一般而言，这种裂纹很难预防。因此，我们使用了一种新策略，可以在保持模板润湿的同时完成颗粒自组装。由于颗粒是湿润的，我们必须使用静电力将其锁定在适当位置，以便用金属进行填充。凭借新策略，金属木材的强度提高了3倍，但密度变化并不大，有望用于生物材料、保护涂层和柔性传感器等领域。” 

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编译：雷鑫宇 审稿：西莫 责编：陈之涵

期刊来源：《自然·材料》

期刊编号：1476-1122

原文链接：https://phys.org/news/2021-06-metallic-wood-heights.html

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