纳米新材料硬如碳钢且轻如泡沫塑料

科技日报讯（记者刘霞）一个国际科研团队借助机器学习和3D打印技术，设计并制造出一种新型纳米结构材料。这种材料的强度可与碳钢相媲美，但重量轻如聚苯乙烯泡沫塑料。这一创新成果有望为汽车、航空等多个行业带来变革。相关论文发表于最新一期《先进材料》杂志。

纳米结构材料具有独特形状，例如在纳米尺度上构建类似桥梁的结构，实现了迄今已知材料中最高的强度重量比和刚度重量比。然而，现有纳米材料的晶格形状往往存在尖锐的交叉点和拐角。这会导致应力集中，引发材料断裂，从而限制其整体性能。

韩国科学技术研究院团队采用多目标贝叶斯优化机器学习算法，基于模拟几何形状的学习，预测出了最佳几何设计。这一创新设计优化了纳米结构的应力分布，显著提高了强度重量比。随后，加拿大多伦多大学团队利用双光子聚合3D打印机，制造出高性能碳纳米晶格。这种新型纳米晶格的强度相比现有材料提升了一倍多，约为钛材料的5倍。

这是机器学习首次用于优化纳米结构材料。它不仅能够复制训练数据中的几何形状，还能从形状的变化中学习，区分有效和无效形状，最终预测出全新的晶格几何形状。

这些新材料能够推动航空航天领域的发展，催生出飞机、直升机和航天器上的超轻部件。这些部件在保持安全和性能的同时，还能大幅降低燃料消耗，减少航空业碳排放。