金刚石 Schwarzite 的力学性质：从原子模型到 3D 打印结构
应用物理
2020-01-13 v1 材料科学
摘要
三重周期极小曲面（TPMS）在周期边界条件约束下具有局部极小化的表面积。满足此类条件的不同拓扑结构得到了不同的曲面族。此类曲面族的例子包括 Primitive（P）面、Gyroid（G）面和 Diamond（D）面。TPMS 从纯数学学科出发，最近在材料科学中被发现是结构应用的优化几何。由 Mackay 与 Terrones 于 1991 年提出的 schwarzites 是呈现 TPMS 形状的 3D 结晶多孔碳纳米晶体。尽管其复杂拓扑对采用化学气相沉积（CVD）等传统纳米加工方法的合成造成了严重限制，但 TPMS 可通过增材制造（AM）技术如 3D 打印来制备。本工作中，我们采用来自 D 族（D8bal）的 schwarzite 结构的优化原子模型生成曲面网格，随后用于通过熔融沉积建模（FDM）进行 3D 打印。该 D schwarzite 以热塑性聚乳酸（PLA）聚合物丝材进行 3D 打印。对原子模型与 3D 打印件均进行了单轴压缩下的力学性质研究。还开展了全原子分子动力学（MD）模拟以研究 D8bal 原子模型的单轴压缩行为。对 3D 打印 schwarzite 进行了力学测试，其变形机制被发现与 MD 模拟中观察到的相似。这些结果暗示了一种由结构拓扑主导的、与尺度无关的力学行为。
引用
@article{arxiv.2001.03430,
title = {Mechanical Properties of a Diamond Schwarzite: From Atomistic Models to 3D-Printed Structures},
author = {Levi C. Felix and Vladimir Gaal and Cristiano F. Woellner and Varlei Rodrigues and Douglas S. Galvao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.03430},
year = {2020}
}