● 摘要
点阵材料是一种新型轻质多孔结构材料，具有可设计性和低密度特性，以及吸声、隔热、减震等性能，在航空、航天、建筑等领域具有重要作用。而微点阵又是其中研究较多的一种，构成微点阵结构的要素其尺寸跨度从厘米到微米甚至到纳米，这种多级次尺度利于提高材料的力学性能。轻质多孔材料的比强度主要取决于结构和材料成分。在众多点阵结构中，金刚石结构是密度低且最稳定的力学结构，是构筑力学性能好的微点阵材料理想的胞元结构。仿生研究已表明由无机物和有机物层层杂化组成的复合材料，力学强度远高于单一组分材料。受力学性能优异的甲壳类生物角质层组成启发（内层为柔韧的有机物框架，外层为坚硬的无机物壳），本文将点阵材料的结构优点和生物材料的成分优点相结合，制备了力学性能优异的金刚石结构复合点阵材料。
首先通过3D打印技术制备金刚石结构的聚合物微点阵框架，然后采用等离子增强化学气相沉积（PE-CVD）法在聚合物表面沉积氮化硅薄膜，得到了轻质聚合物/氮化硅陶瓷复合点阵材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子力学试验机分别对材料微观形貌、成分结构、力学性能进行表征测试。结果表明：氮化硅薄膜透明并呈光亮的淡紫色，厚度均一；不同厚度氮化硅（50 nm，100 nm，200 nm，400 nm），所对应的复合材料密度范围为161~170 kg/m3，密度变化较小，但力学强度相比于聚合物点阵显著增强，从0.44 MPa提高到1.95 MPa；当氮化硅涂层厚度为400 nm时，复合材料密度仅为 169.2 kg/m3，而最大压缩强度达1.95 MPa，相比于聚合物微点阵其密度只增加了4.8 %，而力学强度提高了3.4倍，该研究实现了在轻质的基础上显著提高聚合物的力学性能。
本文还采用磁控溅射法在金刚石结构的聚合物表面沉积氧化钛薄膜得到了聚合物/氧化钛复合点阵材料，并采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子力学试验机分别对材料微观形貌、成分结构、力学性能进行表征测试。结果表明采用磁控溅射法制得的薄膜均匀致密，厚度为245 nm；复合材料压缩强度为0.57 MPa，密度为163.7 kg/m3 , 相比于纯聚合物模板力学强度提高了0.3倍，密度只增加了1.3 %。
另外，采用浸渍涂层法在聚合物模板表面涂覆了氧化硅涂层，得到了聚合物/氧化硅复合点阵材料，氧化硅涂层厚度10~23 μm，对应的密度范围103.1~118.3 kg/m3；通过高温烧蚀去模板得到了空心管氧化硅微点阵材料,密度轻达17.6 kg/m3，力学强度仅为 86 Pa。力学测试表明聚合物/氧化硅复合点阵材料的力学强度比纯的聚合物模板和空心管氧化硅微点阵材料都高，并且随着氧化硅涂层厚度增加而增加，在涂层厚度为 23 μm时，最大压缩强度达403 KPa，相比于聚合物模板力学强度提高了0.97倍。