中国粉体网讯  近日，加州理工学院、南洋理工大学和清华大学的研究团队在《Nature Communications》发表突破性研究成果，提出"水凝胶灌注纳米增材制造（nano-HIAM）"技术，实现了纳米尺度金属3D打印的重大进展，为高端微纳器件制造开辟了新途径。

技术原理：三步法实现纳米金属架构制造

nano-HIAM技术采用独特的三步制造流程：首先通过改进的两光子光刻技术打印聚合物模板，获得临界特征尺寸约100纳米、表面粗糙度仅10纳米的三维结构；随后将模板转化为镍盐离子浸渍水凝胶；最后经煅烧和还原处理，复制为纳米晶-纳米多孔的镍金属架构。

纳米架构镍的制备

研究团队成功制造了多种拓扑结构，包括周期性梁架（八面体晶格）、周期性壳体（Schwarz-P晶格）以及非周期性自旋分解结构，展示了该技术在多拓扑复杂结构制造方面的强大能力。

核心发现：纳米孔隙驱动变形机制

通过扫描电镜原位压缩实验与多层级有限元模拟，研究团队系统揭示了增材制造纳米架构金属中"纳米孔隙—结构层级—尺寸效应"耦合控制变形与失效的规律。研究发现，周期性晶格节点处的"孔隙热点"是变形启动与失效的主控源，这些孔隙的空间分布呈现尺寸依赖性。

实验表明，多数样品表现为长线弹性/准线性加载后发生单次灾变式整体塌缩的"材料失效"模式，其极限压缩强度达到20-200兆帕。特别值得注意的是，基元强度在特征尺寸约350纳米附近出现由"位错塑性主导的弱尺寸效应"向"缺陷主导的强尺寸效应"的跨越。

性能表现：高比强度与尺寸依赖特性

镍纳米架构在特征尺寸100-500纳米范围内展现出卓越的力学性能，比强度最高可达约100MPa·g^-1·cm³，显著优于许多现有材料体系。研究团队建立了物理约束的多层级有限元模型，能够定量预测不同拓扑、密度与尺寸下的强度标度关系，为纳米架构的设计优化提供了可靠工具。

纳米架构的有限元模拟

nano-HIAM技术具有材料普适性，可扩展至银、铁氧化物等多种材料体系，为nano-MEMS、纳米机器人、生物医学植入物、柔性电子和航空航天微结构等高端应用领域的纳米器件制造提供了全新的解决方案。该技术路线还可推广至更复杂材料体系（如多主元合金、陶瓷或复合体系）的纳米增材制造。

参考来源：

Nature Communications

（中国粉体网编辑整理/留白）

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