超轻微格构及其形成方法技术

本发明专利技术涉及微格构并且，更具体地，涉及超轻微格构及其形成方法。微格构是由相互连接的中空管形成的胞格材料。该胞格材料具有0.001％至0.3％的范围内的相对密度，并且展现0.9mg/cc的密度。该胞格材料也有从超过50％应变的变形恢复的能力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用这是在2011年8月17日提交的标题为“建筑超轻微格构:对低密度材料的极限的重新定义”的美国临时申请号61 / 524,714的非临时实用专利申请。关于联邦资助的研究或开发的声明本专利技术是用DARPA授予的合约号W91CRB-10-C-0305下的政府资助完成的。政府在本专利技术中具有特定的权利。专利技术背景(I)专利
本专利技术涉及胞格材料并且，更具体地，涉及超轻微格构(miCTo-lattice)及其形成方法。(2)相关技术描述通常，通过向建筑构成实体中引入显著的多孔性形成低密度材料。这些高多孔性的材料的有效性质由它们的胞格构造(孔隙和实体的空间构型)和实体成分的性质(例如硬度、强度等)两者决定。在低于IOmg / cc的超轻领域中，一些现存的材料是传统的泡沫体和气凝胶。此前，二氧化硅气凝胶以Img / cc保持着最低密度材料的记录(参见引用参考文献列表，参考文献号I)。然而，最近的创新已经得到了飞行石墨(aeiOgraphite)，其以0.2mg / cc被记录为最低密度的材料(参见参考文献号24)。其他超轻材料包括:具有4mg / cc的密度的碳纳米管气凝胶(参见参考文献号2)、具有低至IOmg / cc的密度的金属泡沫体(参见参考文献号3和4)和达到8mg / cc的聚合物泡沫体(参见参考文献号5和6)。对于比强度和硬度、能量吸收、绝热、阻尼、吸声、有效冷却和能量储存而言，这种超轻材料是非常需要的，并且其为大量的多功能应用提供出色的解决方案(参见参考文献号7)。上述现有超低密度材料具有无规的胞格构造，具有由内部系带的弯曲主导的力学性能，导致远低于大块成分的特征性质(参见参考文献号7)。超轻领域中唯一的例外是蜂窝结构，其具有周期性构造和出色的力学性质，但是，其是高度各向异性的，并且在?IOmg / cc达到其制造极限(参见参考文献号8)。为了对于给定的构成实体最大化胞格材料的力学性质如强度、硬度和能量吸收，必须形成有序的并且力学有效的胞格构造。Deshpande等已经说明了，在适当设计的有序的、构架状的胞格构造中，可以抑制系带弯曲，得到拉伸主导的力学行为，在有效弹性模量和强度上有显著的增加(参见参考文献号9)。然而，目前可行的技术中，没有任何一个得到具有超低的密度(例如，低于0.1%的相对密度)的材料和可以使具有所需的强度和实现可恢复变形的能力的材料成为可能的格构胞格构造。因此，对于超轻微格构和用于形成这种具有超低相对密度并且也具有实现可恢复变形的能力的格构的形成方法存在着持续的需要。专利技术概述本专利技术涉及微格构并且，更具体地，涉及。微格构是由中空管形成的胞格材料。该胞格材料具有0.001%至0.3%的范围内的极低相对密度。此外，该中空管具有使得直径在10至1000微米之间的直径。另一方面，该中空管由具有0.01至2微米之间的壁厚的管壁形成。如本文提到的，该胞格材料能够有惊人的可恢复变形。例如，该胞格材料适于从2 %至90 %的范围内的变形恢复。另一方面，中空管由金属材料形成，或由选自以下各项组成的组中的材料形成:镍、锌、铬、锡、铜、金、银、钼、铑、铝；陶瓷，包括金刚石、类金刚石碳、氧化铝、氧化锆、氧化锡、氧化锌、氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化钛、氮化钽、氮化钨；聚合物，包括Parylene? ;或它们的任意组合或合金。本专利技术包括可以使用适当的沉积方法容易地在聚合物模板上沉积为薄膜的任意材料，这种方法的非限制性实例包括原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、电镀、无电镀覆、电泳沉积。材料的其他非限制性实例包括金属如钥、钽、钛、镍和钨，或者陶瓷如 A1203、Hf02、La203、Si02、Ti02、WN、ZnO, Zr02, HfC, LaC、WC、ZrC, TaC,或聚合物，如聚(对-亚二甲苯)和官能化的聚(对-亚二甲苯)，例如聚(单氯-对-亚二甲苯)、聚(氧化亚甲基)、聚(3，4_亚乙二氧基噻吩)、官能化的聚(丙烯酸酯)和甲基丙烯酸酯，例如聚(甲基丙烯酸五氟苯酯)、聚(吡咯-共聚-噻吩-3-乙酸)、聚(对-亚苯基对苯二甲酰胺)。在再另一个方面，本专利技术涉及用于形成微格构的方法。该方法包括若干行为，如:形成微格构模板；用材料的膜涂覆该微格构模板；和移除微格构模板以留下由中空管形成的胞格材料，该胞格材料具有在0.001%至0.3%的范围内的相对密度。通过将光聚合单体(photomonomer)通过图案化掩模暴露至平行UV光曝光形成微格构模板。微格构模板是相互连接的三维开放胞格光聚合物格构。另一方面，在用材料的膜涂覆微格构模板中，材料的膜是金属、陶瓷或聚合物。此夕卜，使用选自以下各项组成的组的技术涂覆微格构模板:电镀、电泳沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、溶液沉积或溶胶-凝胶沉积。最后，且不暗示着限制，在移除微格构模板中，经由化学刻蚀移除微格构模板，从而留下由中空管形成的胞格材料。附图简述由结合参考以下附图对本专利技术的多个方面的以下详细描述，本专利技术的目的、特征和优点将是显然的，其中:图1是根据本专利技术的超轻微格构的图示；图2是描述了根据本专利技术的微格构的尺寸大小和可控的构造特征的图示；图3是描述了根据本专利技术的用于形成超轻微格构的方法的图示；图4A是在压缩之前的微格构样品的图示；图4B是在第一次压缩之后的微格构样品的图示；图4C是的微格构样品的图不，描述了处于50%压缩的样品；图4D是描述了移除压缩负载之后的微格构样品的图示，其示例了超轻微格构恢复其原始高度的约98.6%并且恢复其原始形状；图4E是微格构的单胞格在无载荷或未压缩的条件下的光学图像；图4F是单胞格的光学图像，描述了当通过在其节点处压曲来提供压缩应变时的单胞格；图4G是在测试前节点的扫描电子显微(SEM)图像；图4H是在六次50%应变的压缩循环之后节点的SEM图像；图5A是图示了在规定的10 μ m /秒的位移速率下测得的应力-应变曲线的图；图5B是图示了硬度和强度如何随循环次数减小的图；图5C是图示了具有Img / cc的密度和较大单胞格的样品(L:4mm，D:500 μ m，t:120nm)在前两次压缩循环的应力-应变曲线的图；图是图示了具有 43mg / cc 的样品(L:1050 μ m，D:150 μ m，t:1400nm)的压缩的应力-应变曲线的图；图5E是在500nm厚的无电镀覆的镍膜中在纳米刻压后的痕迹的SEM显微照片，说明了脆性行为；并且图6是包括了根据本专利技术的微格构的构造和性质概要的表格。详述本专利技术涉及微格构并且，更具体地，涉及。给出以下描述，使本领域技术人员能够制备和使用本专利技术并且能够将其结合到特定应用的情况中。各种变更以及在不同应用中多种使用将对于本领域技术人员容易地成为显然的，并且本文限定的一般原理可以用于宽范围的实施方案中。因此，本专利技术不意在限定于所给出的实施方案，而是符合与本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。在以下详细描述中，为了提供对本专利技术更彻底的理解，给出大量具体的细节。然而，对本领域技术人员将显然的是，本专利技术可以在不必须被限制在这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，为了避免使本专利技术模糊难解，公知的结构和装置以框图形式而非详细示出。请读者注意所有与本说明书同时提交并与本说明书本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微格构，所述微格构包含：由中空管形成的胞格材料，所述胞格材料具有在0.001％至0.3％的范围内的相对密度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.17 US 61/524,714;2012.08.13 US 13/584,1081.一种微格构，所述微格构包含: 由中空管形成的胞格材料，所述胞格材料具有在0.001%至0.3%的范围内的相对密度。2.如权利要求1所述的微格构，其中所述中空管具有使得直径在10至1000微米之间的直径。3.如权利要求2所述的微格构，其中所述中空管通过具有0.01至2微米之间的壁厚的管壁形成。4.如权利要求3所述的微格构，其中所述胞格材料适合于从2%至90%的范围内的变形恢复。5.如权利要求4所述的微格构，其中所述中空管由选自以下各项组成的组中的材料形成:镍、锌、铬、锡、铜、金、银、钼、错、招；陶瓷，包括金刚石、类金刚石碳、氧化招、氧化错、氧化锡、氧化锌、氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化钛、氮化钽、氮化钨；聚合物，包括聚对亚苯基二甲基；或它们的任意组合或合金。6.如权利要求1所述的微格构，其中所述中空管通过具有0.01至2微米之间的壁厚的管壁形成。7.如权利要求1所述的微格构，其中所述胞格材料适合于从2%至90%范围内的变形恢复。8.如权利要求1所述的微格构，其中所述中空管由选自以下各项组成的组中的材料形成:镍、锌、铬、锡、铜、金、银、钼、错、招；陶瓷，包括金刚石、类金刚石碳、氧化招、氧化错、氧化锡、氧化锌、氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化钛、氮化钽、氮化钨；聚合物，包括聚对亚苯基二甲基；或它们的任意组合或合金。9.一种微格构，所述微格构包含: 由中空管形成的胞格材料，其中所述中空管具有使得直径在10至1000微米之间的直径。10.如权利要求9所述的微格构，其中所述胞格材料适合于从2%至90%的范围内的变形恢复。11.如权利要求10所述的微格构，其中所述中空管由选自以下各项组成的组中的材料形成:镍、锌、铬、锡、铜、金、银、钼、铑、铝；陶瓷，包括金刚石、类金刚石碳、氧化铝、氧化锆、氧化锡、氧化锌、氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化钛、氮化钽、氮化钨；聚合物，包括聚对亚苯基二甲基；或它们的任意组合或合金。12.如权利要求9所述的微格构，其中所述中空管由选自以下各项组成的组中的材料形成:镍、锌、铬、锡、铜、金、银、钼、铑、铝；陶瓷，包括金刚石、类金刚石碳、氧化铝、氧化锆、氧化锡、氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：托拜厄斯·A·舍德勒，艾伦·J·雅各布森，威廉·卡特，克里斯托弗·罗珀，
申请(专利权)人：赫尔实验室有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US