科技日报记者 刘霞
澳大利亚皇家墨尔本理工大学与法国国家艺术与工艺学院科学家携手，研制出全球首个钛-聚合物开孔混合晶格超材料。它不仅能漂浮在水面上，还比目前用于码头、浮标和漂浮传感器的不锈钢或高密度塑料更耐海水侵蚀。这项新发明攻克了金属晶格结构难以漂浮的根本性难题，相关论文发表于最新一期《先进材料》杂志。
测试中使用的3D打印浮标。图片来源：澳大利亚皇家墨尔本理工大学
金属晶格超材料已在生物医学、航空航天、国防和热工程等领域展现出变革潜力，但在海洋领域的应用却长期受阻。原因在于：尽管金属晶格可以做到极轻，密度不到水密度的十分之一，但其开放、连通的空间会进水，导致结构在水中下沉。
在最新研究中，团队利用聚氨酯泡沫填充空心钛支柱，便创造出这种新型结构。即便在严重开裂、破损后，水在其中流动，它依然能浮在水面。样品在淡水中持续漂浮两个多月，验证了其持久浮力。
团队提出了一种名为“骨架密度”的新方法，用以判断开放结构能否漂浮。传统密度计算把晶格结构内的所有开放空间都计入体积，但这些空间一旦进水，便对浮力没有贡献。骨架密度则只计算结构中不进水的那部分，如钛壁和密封泡沫填充的通道。这为工程师提供了一条简单的设计准则：只要骨架密度低于周围液体密度，即便水流过所有外部开口，结构也能漂浮。
测试表明，在总密度相同的情况下，新型钛结构的强度比海洋中广泛使用的不锈钢或高密度聚乙烯高出70%。在海水短期腐蚀测试中，它同样表现良好——浸泡两周后，晶格质量仅损失0.15%，强度下降不到1%。
更重要的是，即使出现开裂、关键连接点失效，乃至整个晶格层断裂等严重损坏，混合晶格依然具有浮力。只有当被严重压碎、压实后，它才会沉没。这凸显了其在严重结构损伤下仍能漂浮的潜力。
团队利用新结构，3D打印出一个海洋浮标，即使在湍流海水罐中倾斜达45度，浮标仍保持稳定，无需密封套管、保护涂层或额外浮体。
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