● 摘要
随着科技的发展，轻质高强材料受到越来越多的关注。近些年来，由于轻质高强材料的优异性能，如减重、吸声、吸热、减震等，它在科研界也是热门研究领域。
本文首次利用模板法成功制备了(10,3)-a结构和正四面体结构的两种轻质空心管微点阵金属镍材料。此方法创新性地将3D打印与化学镀技术结合制备结构可控的轻质微点阵材料。本文首先利用三维设计软件AutoCAD分别设计(10,3)-a结构和金刚石结构的三维图形，将其转化成STL格式的文件，输入3D打印设备，打印得到具有(10,3)-a结构和金刚石结构的高分子模板；然后在得到的模板表面进行化学镀镍，得到实心点阵结构高分子与镍膜复合材料；最后再通过高温烧蚀高分子模板，得到空心管点阵镍材料。通过环境扫描电子显微镜（ESEM）对所得(10,3)-a结构空心管点阵镍材料进行表征，结果表明其表面光滑，镍层厚度均匀，镍膜厚度约为8 µm。其密度为20 mg/cm3，最大压缩应力为9.7 kPa；正四面体结构空心管点阵镍材料表面光滑，镍层厚度均匀，节点距离为4 mm，空心管直径为600 µm，镍膜厚度约为4µm。其最小密度为15 mg/cm3，接近超轻范围。其最大压缩应力为40 kPa，达到预期目标。
本文对高分子模板材料型号、点阵参数、化学镀条件及烧蚀气氛等参变量进行了探索。本文理论计算了材料的密度，通过控制镍膜厚度，密度可控制在8 mg/cm3以下，属于超轻材料。本文考查了型号分别为DSM Somos 14120的环氧丙烯酸树脂、EX-200的丙烯酸树脂和DXZ-100的甲基丙烯酸酯树脂三种光敏树脂材料，通过在其表面进行化学镀，优选出DSM Somos 14120和DXZ-100。本文设计了7种参数不同的节点，考查了密度及其对材料力学性能的影响，发现影响并不明显；本文分别在空气、氮气、氩气三种气氛中对化学镀后的实心点阵结构高分子与镍膜复合材料进行了烧蚀，在空气中烧蚀得到的空心管点阵镍材料被严重氧化，而在氮气中材料中的磷与氮气发生反应，在氩气中烧蚀得到的空心管点阵镍材料未发生任何反应，表面光滑，且材料的力学性能最好。本文还探讨了镍层厚度与空心管点阵镍材料密度的关系，通过改变化学镀镍的时间控制镍膜的厚度，从而控制材料的密度。
另外，本文还制得了空心管微点阵金属铜材料。其密度约为19 mg/cm3，接近超轻材料。