三维高熵合金-聚合物复合纳米点阵超材料的制备和实验表征

来源 :第十五届全国物理力学学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ericawanghnu
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  三维微纳米点阵材料具有优异的力学性能,如低密度、高刚度、高强度等,在能量存储和机械致动等方面具有广泛的应用前景.然而现有的微纳米点阵材料的强度与其可恢复性是相互制约的.为了解决这一制约关系,我们将双光子光刻激光直写(即一种微纳米3D打印技术)与磁控溅射相结合,制备了三维高熵合金-聚合物复合纳米点阵材料.这一纳米点阵材料是由聚合物骨架和高熵合金镀层组成,聚合物骨架的特征尺寸约为260 nm,高熵合金镀层的厚度介于14.2-126.1 nm之间.这一点阵材料具有多级尺度:从镀层的平均晶粒尺寸(约5nm)到整个结构的尺寸(约100 μm)跨越了5个量级.原位电镜压缩实验表明:这一点阵材料的比强度高达0.027 MPa/kg·m3,最大压缩应变超过50%仍然可以实现几乎完全恢复,且单位体积吸收能高达4.0 MJ/m3,这一数值比自然界具有相同密度的多孔材料高1-3个数量级.同时,这一点阵材料在压缩应变达到50%时,其能量损失系数达到0.5-0.6,超过目前所有的微纳米点阵材料.实验结果同时表明:当镀层厚度达到14.2-50.0 nm时,复合纳米点阵材料的比模量和比强度达到极大,这与压缩过程中变形机制从局部屈曲到脆性断裂的转变有密切关系.这一复合纳米点阵材料不仅保有聚合物材料的高弹性和良好的可恢复性,而且由于高熵合金纳米镀层的存在,使得该纳米点阵兼具高强度的优点,从而使得该复合纳米点阵材料克服了早先微纳米点阵材料具有的强度与可恢复性之间的相互制约.
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