不久前，德國卡爾斯魯厄理工學院(KIT)的科學家們3D打印出了世界上迄今最小的人造晶格結構，據悉該晶格的所有部分都是由玻璃碳制成的，其長度低于1微米，直徑不超過200納米。與接近的超材料相比，該3D打印晶格結構的尺寸是前者的五分之一。如此之小的尺度使其獲得了前所未有的強度/密度比，可以用于電極、過濾器或光學組件等領域。目前這一成果已經被發表在《Nature Materials》雜志中。

“輕質結構材料，比如骨頭和木頭等，在自然界中普遍存在。”該研究的第一作者，KIT的Jens Bauer博士解釋說：“它們往往擁有很高的承載能力，而且重量很輕，因此經常被可用于技術應用的機械超材料視作模仿的對象。”

所謂的超材料是一種人造材料，其結構尺度往往在微米水平上，而且是專門為了擁有某些特定的機械、光學屬性而設計的，這些屬性是非結構化的固體無法實現的，比如那種可以引導物體周圍的聲、光、熱的“隱形斗篷”；或者那種對于壓力或剪切力(拉脹材料)產生反直覺反應的材料；以及具有很高的特定穩定性的輕質納米材料等。

據了解，該全球最小的晶格結構是用一種已有的3D激光光刻工藝制造出來的。這種微米大小的指定結構是由計算機控制的激光束在一種感光材料中硬化而成的。不過，這種工藝的分辨率還是有限制的，目前還只能制造出5—10微米長、1微米直徑的晶格支柱。

在此之后，該晶格結構將通過高溫分解而收縮和玻璃化。這也是首次將熱解用于制造微結構的晶格。具體來說，該對象被放在溫度高達900攝氏度左右的真空爐中，導致其中的化學鍵重新定向。除了碳之外，所有元素都會溢出。這種處于收縮的晶格結構中的無序碳元素會以玻璃碳的形式存在。最終，研究人員們在壓力環境中對最后獲得的結構進行了穩定性測試。

“測試結果表明，這種晶格的承載能力非常接近理論極限，而且遠高于非結構化的玻璃碳。”這項研究的共同作者Oliver Kraft教授報告說。在去年年底之前，Kraft一直是KIT應用材料研究所的負責人。今年，他轉任KIT負責研究的副總裁。“在特定穩定性方面，鉆石是唯一比它高的固體材料。”

據悉，微結構材料通常被用于絕緣或減震方面的應用。那些開孔的微結構材料也可以用作化工行業的過濾器，除此之外，超材料也往往擁有非同尋常的光學性質，可以用于電信領域。玻璃碳是一種由純碳組成的高科技材料。它同時擁有玻璃、陶瓷、石墨的屬性，可用于電池的電極或者電解系統。