4、多孔类金属机械超材料或力学超材料

1）近年来，随着金属 3D 打印技术的日臻成熟，涌现了一类结构形式新颖、性能独特的金属材料——多孔类金属机械超材料或力学超材料。这类材料一般是按毫米尺度或微米尺度的孔结构以一定的方式构筑而成，因此也叫构筑式多孔类金属机械超材料。同时，它又可以细分为不同的类型，在不同类型的材料中，“超”字的含义也有所不同。

2）本次研究聚焦于轻质高强金属机械超材料，因此在这种材料之中，“超”字便意味着超高的强度。例如，钛合金的密度一般为 4.5g/cm³ 左右，但是当多孔钛合金的孔隙率大于 60% 以上时，它的密度则会小于 1.8g/cm³，变得类似或低于大多数致密镁合金的密度。如果针对这类多孔钛合金中的孔结构进行设计，就有可能使其强度远远超过高强致密镁合金的强度，从而制备出轻质高强的金属机械超材料，而其独特的孔结构，还能同时提供一系列迥异于致密材料的功能特性。
大约始于 2005 年，学界开始使用金属激光粉末床 3D 打印技术，来制备结构复杂的金属机械超材料。

3）历经近 20 年的深入研究，作为一种新型结构形式，金属机械超材料已经成为一个跨学科的研究前沿，并在医疗、航空、国防等领域获得了规模化应用。但是，从能否实现结构大幅度轻量化这一标准来看，目前金属机械超材料的力学性能依然处于初步阶段，远无法满足工程结构对于轻质量和高强度的要求。例如，在密度为 1.8gcm³（等同于镁合金的密度）的情况下，各类金属机械超材料的屈服强度大约只有 100-165MPa 左右，因此很难用于一些关键任务之中。

4）美国宇航局计划在不久的将来研制出密度接近水（1.1-1.3g/cm³），但同时屈服强度至少要在 500MPa 以上的金属机械超材料。这一屈服指标远远超过一般镁合金的屈服强度（165MPa 上下）但同时密度要低的多。由此可见，真正意义上的轻质高强金属机械超材料的研究才刚刚进入攻坚阶段。