美国加州大学欧文分校和其他机构的研究人员从结构上设计出了板状纳米级的碳结构，其强度与密度之比要比钻石更强。
在最近发表在《自然通讯》杂志上的一项研究中，科学家们报告说，他们成功地构思和制造了这种材料，这种材料由紧密连接的闭孔板组成，而不是过去几十年来这类结构中常见的圆柱形桁架。
壁厚约160纳米，由UCI和其他机构的研究人员设计的闭孔板式纳米晶格结构是首次实验验证了这种安排达到了多孔材料的强度和刚度的理论极限。
"以前的基于光束的设计虽然很有兴趣，但在机械性能方面并没有那么高效，"相应的作者、UCI的机械和航空航天工程研究员Jens Bauer说。"我们所创造的这一类新的板状纳米晶格，比最好的光束纳米晶格的强度和刚度都要高得多。"
论文称，该团队的设计已被证明在圆柱形梁式架构的基础上，强度提高了639%，刚度提高了522%，比圆柱形梁式架构的平均性能提高了639%。
UCI材料科学与工程以及机械和航空航天工程教授Lorenzo Valdevit的架构材料实验室的成员利用欧文材料研究所提供的扫描电子显微镜和其他技术验证了他们的发现。
"科学家们已经预言，以板状设计排列的纳米晶格将具有惊人的强度，"主要作者、UCI材料科学与工程专业的研究生Cameron Crook说。"但这样制造结构的难度意味着这一理论从未被证实，直到我们成功地做到了，"Bauer说。
Bauer说，该团队的成就依赖于一种复杂的3D激光打印工艺，即双光子聚合直接激光书写。当激光聚焦在紫外光敏感液体树脂的液滴内，材料就会变成固体聚合物，分子同时受到两个光子的撞击。通过扫描激光或三维移动舞台，该技术能够呈现出周期性排列的细胞，每个细胞由薄至160纳米的板块组成。
该小组的创新之一是在板子上开了一些小孔，可以用来去除成品材料中多余的树脂。作为最后一个步骤，格子板要经过热解，在真空中加热到900摄氏度一小时。据Bauer说，最终的结果是一种长方体状的玻璃碳晶格，其强度是科学家们认为这种多孔材料所能达到的最高强度。
鲍尔说，这项研究的另一个目标和成就是利用基础物质的先天机械效应。"当你拿任何一块材料，把它的尺寸急剧缩小到100纳米时，它就接近于理论上的晶体，没有气孔或裂纹。减少这些缺陷会增加系统的整体强度，"他说。
领导UCI设计与制造创新研究所的Valdevit补充说："虽然这些结构的理论性能之前已经被预测到了，但我们是第一个通过实验验证它们的性能和预测的一样好，同时还展示了一种具有前所未有的机械性能的架构化材料。"
Nanolattices对结构工程师，特别是航空航天领域的结构工程师来说，有着巨大的希望，因为它们的强度和低质量密度的结合可以大大提升飞机和航天器的性能。根据它们的配置，它们拥有碳纳米管的许多特性，但强度要高得多，强得多。目前，碳纳米管的一个流行用途是作为聚合物复合材料中的增强元素，在只增加最小重量的同时，大大提高了聚合物基体的强度和刚度。
石墨烯是由碳原子以六边形排列的单片（二维）碳原子组成的材料。这种材料目前备受关注，已被应用于传感器、触摸屏、电池存储和能源发电、超级电容器和太阳能电池等众多领域。碳纳米管是由碳原子（石墨烯）卷成的片状，可以改变材料的特性。工程化的纳米结构是下一个三维层次。它们可以像石墨烯或纳米管一样，表现出金属或半导体的特性，也可以表现出有趣的光学特性，这大大增加了它们的应用范围。每种类型的特性都会有所不同。
