ナノラティス

ナノラティスは、スペースフレームのような規則的な格子構造にパターン化されたナノメートルサイズのメンバーで構成される合成多孔質材料です。ナノラティスは、過去 10 年間で急速に開発されてきた新しく出現した材料クラスです。ナノラティスは、材料特性空間の限界を再定義します。ナノラティスは 50～99% が空気で構成されているにもかかわらず、ナノ粒子、ナノワイヤ、薄膜で一般的に見られるサイズ依存特性を活用しているため、機械的に非常に堅牢です。ナノラティスの最も一般的な機械的特性には、超高強度、損傷耐性、高剛性などがあります。したがって、ナノラティスは幅広い用途に使用されています。

3Dプリント技術の進化に後押しされ、小型化された格子設計を通じて有益な材料サイズ効果を利用することを目的としたナノ格子が、2010年代半ばに初めて開発されました。^{[2] [3] [4] [5]}ナノ格子は、最小の人工格子トラス構造であり^{[2] [6] [1]} 、その形状（一般的なメタマテリアルの定義）と要素の小さなサイズの両方から特性を引き出すメタマテリアルの一種です。 ^[5]したがって、自然界には見られない効果的な特性を持つことができ、同じ形状の大規模な格子では達成できない可能性があります。

ナノ格子材料を製造するために、ポリマーテンプレートは、多光子リソグラフィー、自己組織化、自己伝播フォトポリマー導波路、直接レーザー書き込み技術などの高解像度3D印刷プロセスによって製造されます。これらの方法は、50ナノメートルオーダーの単位セルサイズの構造を合成できます。遺伝子工学もナノ格子の合成の可能性があります。セラミック、金属、または複合材料のナノ格子は、熱分解、原子層堆積、電気めっき、無電解めっきなどの技術を使用してポリマーテンプレートを後処理することによって形成されます。^[5]熱分解により格子が最大90％縮小され、最小サイズの構造が作成され、ポリマーテンプレート材料は不活性雰囲気または真空中での熱分解により炭素^[1]またはその他のセラミック^[7]および金属^[8]に変換されます。

ナノスケールでは、サイズ効果や、粒界、転位、空隙の分布などのさまざまな寸法制約により、材料の特性が大きく変化する可能性があります。ナノラティスは比類のない機械的特性を備えています。ナノラティスは、非常に軽量であるにもかかわらず、現存する細胞材料の中で最も強度が高い材料です。50%～99%が空気で構成されているにもかかわらず、ナノラティスは鋼鉄と同じくらいの強度があります。^{[2] [5] [1]}有効強度は最大1GPaに達することがあります。50nmのオーダーでは、壁、ノード、トラスなどの個々のメンバーの体積が極めて小さいため、統計的に材料の欠陥集団がほぼ排除され、ナノラティスのベース材料は、理想的な完全な結晶の理論強度と同等の機械的強度に達することができます。このような効果は通常、ナノワイヤなどの個々の幾何学的に原始的な構造に限定されますが、特定のアーキテクチャにより、ナノラティスは、全体的なサイズが著しく大きい複雑な3次元構造でそれらを活用できます。ナノラティスは、セラミックベースの材料であっても、高度に変形可能かつ回復可能な設計が可能です。 ^{[4] [9]}ナノラティスは、壊滅的な破損を起こさずに 80% の圧縮ひずみに耐えることができ、その後 100% 元の形状に回復します。ナノラティスは、オーセチック (負のポアソン比) やメタ流体挙動 (大きな体積弾性率) などの機械的メタマテリアル特性を持つことができます。 ^[1]ナノラティスは、機械的弾力性と超低熱伝導性を組み合わせることができ、光クローキングなどの電磁気メタマテリアル特性を持つことができます。^[10]ただし、ナノラティス研究における課題の 1 つは、スケールアップしながら堅牢な特性を維持する方法を見つけることです。バルク構造でナノスケールのサイズ効果を維持することは本質的に困難です。この課題を克服するための簡単な回避策は、バルクプロセスと薄膜堆積技術を組み合わせて、フレームスペースの中空構造を維持することです。^[要出典]

ナノラティスの最初の市場は、高度にカスタマイズ可能で極端な特性の組み合わせを必要とする、バイオメディカル、電気化学、マイクロ流体、航空宇宙アプリケーション向けの小規模、小ロットのコンポーネントである可能性があります。航空宇宙業界では、ナノラティスの適用により、航空機の軽量化と大量のエネルギーの節約が可能になります。

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