一種新的超材料令人難以置信的輕薄，比最薄的塑料還要輕薄，卻是鋼鐵堅固度的10倍。這種新材料從其獨特的幾何構造獲得如此驚人的力量。

研究人員說，這種新材料是將石墨烯壓扁並融合在一起，成為一個巨大的、蛛網一般輕盈的網狀結構。蓬鬆的結構幾乎完全中空，看起來有點像一個迷幻的海洋生物，其密度僅為普通石墨烯的5％。

雖然研究人員使用的原料為石墨烯，但超材料看似神奇的性質並不完全取決於所使用的原子，秘密來自這些原子排列的方式。

麻省理工學院（MIT）材料科學家比埃勒（Markus J. Buehler）說：「你可以用任何材料去替換，幾何結構才是主導因素，這種能力可以應用到許多材料上。」

由碳原子構成的片狀材料石墨烯是地球上最堅固的物質，但是限於二維片材。僅僅是原子厚度的超薄石墨烯片材具有獨特的電性能和極高的強度。但是，這些屬性很難轉換到用於構建物體的3維形狀。

先前研究表明，以特定的方式排列石墨烯原子可以增強三維形態的強度。然而，當研究人員在實驗室中製造這些材料時，結果通常比理論預期弱上幾百或幾千倍。

為了克服這一困難，研究人員從原子層面分析結構，並創建了數學模型，預測如何創建非常強的超材料。然後，研究人員使用精確定量的熱量和壓力製造出被稱為螺旋二十四面體（Gyroids）的錯綜複雜的結構。美國宇航局的科學家首次在1970年用數學方式描述了這種奈米微結構螺旋二十四面體。

這種超材料的高強度來自其巨大的表面積與體積之比，在自然界中，珊瑚和矽藻等海洋生物也利用大的表面積與體積比，在微小尺度上獲得令人難以置信的高強度。

比埃勒說：「使用傳統的製造方法製造它們幾乎是不可能的。」 研究人員說，製造這些超強材料的一個障礙是缺乏工業製造能力。不過有許多方法可以更大規模地生產這些超強材料。比如通過化學氣相沉積方法在基底上塗覆石墨烯，再用化學或物理技術剝離掉基底，生成石墨烯螺旋結構。

在未來，可以由螺旋結構混凝土製成大型超強、超輕的橋樑，並且因為材料的中空性質會絕熱絕冷。◇

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