我們日常使用的鋼鐵和其他金屬并不像它們被描述得那樣強大。構成鋼、鋁和鈦等金屬的晶體結構賦予它們強度和柔韌性，但這種結構不完美，因此所受應力有時遠低于金屬本身的理論強度極限。例如，如果鈦具有理想的結構，則其強度將提高10倍。

    克服這種情況的一種方法可以在普通木材中找到。純纖維素是木材中的主要成分，但當它形成復雜的木材結構時，它變得如此強大，使木材和商用鋼具有相當的強度。在賓夕法尼亞大學機械工程與應用力學系助理教授James Pikul的帶領下，這項新研究探討了采用金屬的新方法，并賦予其多孔結構，使木材具有強度。

    在過去，這已經通過尋找將熔融金屬變成泡沫的方法，或者使用具有百納米精度的3D打印來逐漸形成類似木材的金屬來完成。問題是金屬泡沫3D打印過程很慢，很難從實驗室規模擴大規模。

    “我們稱之為金屬木材的原因不僅僅是它的密度，木材的密度，而是它的細胞性質，”Pikul表示。“細胞材料是多孔的；如果你看看木紋，那就是你所看到的 - 那些厚而致密的部分用于固定結構，部分是多孔的，用于支持生物功能，如往返運輸細胞。我們的結構很相似。我們的區域厚而密，有堅固的金屬支柱，多孔的區域有氣隙。我們只是在長度級別上操作，支柱的強度接近理論最大值。”

    根據研究人員的說法，關鍵是要采用更小的級別來提高強度。他們通過將幾百納米寬的塑料球懸浮在水中來實現這一目的，并允許其蒸發。當水消失時，球體會變成整齊的幾何結晶圖案。然后用薄的鉻電鍍電鍍，并用鎳填充球體。然后塑料被溶解，剩下的是一個開放的金屬支柱網絡，有70％的空間 - 使其足夠輕，可以漂浮在水中。

    到目前為止，測試金屬已經是面積約為1平方厘米的金屬薄片形式。而且，這是一個非常昂貴的過程。然而，研究人員的目標是可以更便宜地生產更多數量的材料。此外，團隊需要了解“金屬木材”的特性，例如敲擊時是否凹陷或破碎。

    該技術的另一個有趣的潛力是金屬中的空白空間可以填充另一種材料。就像木材中的毛孔用于容納活細胞并輸送水和養分一樣，“金屬木材”可以填充有例如電池等材料，以產生諸如自供電機翼或假腿之類的東西。

    該研究發表在《自然》子刊《科學報道》（Scientific Reports）上。

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責任編輯：殷鵬飛

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