近日，中國科學院近代物理研究所材料研究中心與重慶大學合作，在利用核徑跡技術製備具有超高能量吸收密度的力學超材料研究中取得了進展。相關研究成果以亮點文章“編輯推薦”（Editors’Highlights）的形式，發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。

力學超材料是指一類具有人工設計的結構並表現出傳統材料所不具備的超常力學性質的複合材料。其中，能量吸收型力學超材料可更高效地吸收機械能，這要求材料本身同時具有高強度和高應變能力。然而，在通常情況下，材料的高強度和高應變能力較難同時獲得。

納米晶格（Nanolattice）是一類新興的力學超材料。由於納米尺寸效應以及豐富的空間構型和材料選擇，納米晶格可以在更輕質的情況下實現超常的力學性質，有望在未來高性能材料領域帶來變革性的應用。納米梁晶格是納米晶格中主要的研究對象，而長期以來，梁直徑小於100納米的金屬納米晶格的製備較難突破，其力學性質尚不清晰。

科研人員基於蘭州重離子加速器裝置，利用核徑跡技術，製備了梁直徑僅為34納米的金和銅準體心立方納米梁晶格。該方法突破了已有納米梁晶格力學超材料的尺寸極限，實現了梁直徑和相對密度的可控可調。

實驗結果表明，銅納米梁晶格的能量吸收密度超越了已有納米梁晶格，刷新了納米梁晶格超材料的能量吸收阿什比圖。此外，金和銅納米梁晶格在密度不到塊體材料一半的情況下，其屈服強度超過了其對應的塊體材料。研究進一步通過實驗和模擬揭示了其超常力學性能主要源自於尺寸效應、準體心立方幾何構型和金屬良好延展性的協同作用。

該研究證明了金和銅準體心立方納米梁晶格具有優異的能量吸收能力和抗壓強度，加深了科學家對納米梁晶格力學性質的認知；實現了核徑跡技術在納米結構超材料研究中的應用，為探尋超高能量吸收密度的納米梁晶格提供了新思路。

研究工作得到國家自然科學基金聯合基金項目和中科院前沿科學重點研究計劃的支持。

圖1.金和銅準體心立方納米梁晶格和已報導的微/納米梁晶格力學超材料的單位體積能量吸收與密度的阿什比圖

圖2.準體心立方納米梁晶格SEM圖片