3D 打印单晶金刚烯的多尺度力学响应：从可动错位晶格到构件超材料
应用物理
2026-02-10 v1 材料科学
摘要
单晶金刚烯是一种最近合成的三维碳所有物，具有interlocked且可移动的子晶格，引入了标准构件材料中不存在的变形模式。本文报告了对单晶金刚烯衍生结构进行首次多尺度力学评估，通过结合3D 打印试件的准静态压缩和对应原子尺寸模型的反应性分子动力学模拟。我们生成了四种几何结构（3F、2F-SY、4F 和 2F-USY）。所有结构的密度均在0.20-0.38 g.cm^-3范围内。实验表明，对称双子晶格结构（2F-SY）性能最佳， Specific yield strength 达到5.91 MPa.g^-1cm^-3， Specific energy absorption 达到279 J.g^-1，而2F-USY 结构 yield 值最低，为0.77 MPa.g^-1.cm^-3和16 J.g^-1。4F 几何结构的 Specific energy absorption 为254 J.g^-1。结构通过几何坍塌和strut buckling变形，这源于2F-USY 中的对角剪切以及2F-SY 和3F 中的渐进式压缩。分子动力学模拟也确认了这些实验趋势，并揭示了由于interlocked子晶格的排列导致的强方向各向异性，4F 结构在z方向的刚度为24.1 GPa。总体而言，单晶金刚烯衍生结构显示出几何主导的力学行为，为轻质、能量吸收超材料提供了有前景的平台。
引用
@article{arxiv.2602.06988,
title = {Multiscale Mechanical Response of 3D-Printed Diamondiynes: From Movable Interlocked Lattices to Architected Metamaterials},
author = {Anitesh Kumar Singh and Rodrigo A. F. Alves and Tapas Pal and Sarmistha Bora and Hugo X. Rodrigues and Emanuel J. A. dos Santos and Camila de L. Ribeiro and Alysson M. A. Silva and Luiz A. Ribeiro Júnior and Douglas S. Galvão and Chandra Sekhar Tiwary},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.06988},
year = {2026}
}
备注
25 pages, 11 figures