这种方法可以生产具有特殊表面特性的轻型强材料

一组研究人员开创了一种制作具有新型三维质地表面微观结构的新方法。这些表面，由自行组装的碳纳米管制成，表现出各种有用的特性——包括可控制的机械刚度和强度，或者可以在某一方面排斥水。“我们已经展示了机械力可以用来导向纳米结构去形成复杂立体微观结构，并且我们可以单独的控制这些微观结构的机械性能。”MIT机械工程的三井职业发展副教授，也是《自然通讯》杂志一篇描述这种新技术的资深作者A.John Hart 如是说。

MIT的John Hart和同事研发的新方法可以产出基于碳纳米管表面生长从而产出立体形状的阵列。本例中，所有的纳米管在同一方向对齐曲线

这项技术的工作原理是通过碳纳米管在生长过程中弯曲，很像弯曲一个用于老式恒温器的双金属条，在受热下：一种金属比结和在一起的另一种金属膨胀得快。但这种新方法，材料的弯曲是因化学反应产生的。

这个过程开始通过在基片上打印两种图样：一种是碳纳米管的催化剂，另一种材料改变纳米管的生长速率。通过印刷两个图样，研究人员显示纳米管在他们伸展的时候进入预想的形状。

“我们可以指定这些简单的二维指令，并导致纳米管在三维空间中形成复杂的形状，”Hart说。纳米管生长速度不一样的地方是相邻的，“他们推拉对方，”形成更加复杂的形状，Hart解释说：“这是一种利用力学控制纳米结构材料生长的新原理。”

更近距离的碳纳米管的显微图片和生长他们的图样展示。左边的，一个简单的弯曲的形状，和右边的复杂的螺旋桨形状，可以用这种纳米管生长的方法来生产。

少数高通量制造工艺可以在创建三维结构的时候实现这样的灵活性，Hart说。这种技术，他补充说，很有吸引力因为它可以用来同时制造大面积的结构；通过设计原始图样可以确定每个的形状。Hart说这种技术也可以控制其它特性，例如电导性，热导性和化学活性，通过在纳米管生长之后加上不同的涂层。“如果你在生长结束后给结构涂层，你可以精致的修改它们的特性，”Hart说，例如在纳米管上用一种叫做原子层沉积的方法用陶瓷涂层，允许材料的力学性能受到控制。“当一个很厚的涂层被沉积，我们可以有相对本身密度来讲异常高的刚度，强度和韧度，”Hart解释道。“当涂层很薄的时候，材料非常灵活而且富有弹性。

这种方法可以使“某些在动植物皮肤上发现的复杂结构允许高保真的复制，”Hart说，并且可能大规模生产有特殊性能的表面，例如对水排斥和对某些昆虫的粘合能力。“我们对这些用可度量的生产技术下基础特性的控制很感兴趣。”Hart说。

Hart说这些表面有碳纳米管的耐久性，这可以使他们在极端环境下存活，并可以连接电子器件并作为力学或者化学信号的感应器。

Kevin Turner，并没有参与此项研究的宾夕法尼亚大学机械工程和应用力学的副教授，说这种方法“非常新奇因为它允许（创作的）碳纳米管复杂立体机构用于工程。传统的精密加工方法例如构图和腐蚀，通常只允许加工从二维图形积压的简单立体结构。

Turner补充说：“这项工作令人特别兴奋的是，该结构是由碳纳米管，这个具有理想力学，热学和电学性质的材料组成的。”

和Hart一起，这个研究小组包括剑桥大学的Michael de Volder，一个密西根大学的访问博士生Sei Jin Park和现在在伊利诺伊大学香槟分校的MIT的博士后典范Sameh Tawfick。这项工作由欧洲研究理事会，美国国防高级研究计划局和科学研究空军办公室所支持。