該研究從傳統(tǒng)建筑中汲取靈感，模仿土樓墻體中“骨架–填充”復合結構，創(chuàng)新性地在金屬材料中引入“骨架相”以支撐納米多孔結構。通過精準設計銅–錳合金的凝固過程，實現微觀相分離；隨后采用選擇性去合金工藝去除易腐蝕相，保留強韌的銅基骨架，構筑出穩(wěn)定的三維多孔網絡。

研究采用激光選區(qū)熔化（PBF-LB/M）技術將該理念擴展至復雜格柵結構，實現可打印、可擴展的高強度超材料器件。測試結果顯示，該骨架式納米多孔銅的屈服強度高達200 MPa，比傳統(tǒng)同類材料提升近一倍，且比表面積達27.6 m²/g，遠超常規(guī)金屬結構。這一結構–性能的雙重突破，得益于冶金凝固調控、界面分離控制與先進制造技術的深度融合。

該成果不僅為納米多孔金屬材料開辟了全新設計范式，也為高性能輕量化器件（如散熱器、生物植入體、電化學系統(tǒng)等）提供了可工程化的材料基礎。

本研究由顧劍鋒教授和Ma Qian教授共同指導，相關成果以《Skeletal High-Strength Nanoporous Copper and Beyond: The Hakka Tulou Design Heritage》為標題發(fā)表于Advanced Materials.

本團隊長期致力于超材料方向的系統(tǒng)研究，涵蓋力學超材料、熱學超材料、生物醫(yī)用超材料及結構–功能一體化材料體系。歡迎對超材料感興趣的博士、博士后加入合作！

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https://doi.org/10.1002/adma.202503701

表: 不同Mn–Cu前驅體合金在快速凝固下的骨架相與主相成分預測

圖：采用PBF-LB/M制備的Mn-42.0 at.% Cu合金經去合金處理后的微觀結構

鐘豪章博士博士畢業(yè)于上海交通大學，并在該校完成博士后研究工作。主持國家公派留學基金、國家自然科學基金青年項目、中國博士后科學基金等多項國家及省部級科研課題。入選“上海市白玉蘭人才計劃”“浦江人才計劃”“超級博士后”“春申金字塔人才計劃”等省市級人才項目，并榮獲歐盟“Marie Sk?odowska-Curie Seal of Excellence”榮譽。長期專注于結構–功能一體化超材料的設計與應用研究，已以第一作者在 Advanced Materials, Materials Today, PNAS Nexus, npj Advanced Manufacturing, Scripta Materialia 等國際權威期刊發(fā)表論文15篇，并以第一發(fā)明人申請/授權國家專利25項。積極推動科研成果轉化，開發(fā)的超材料已成功應用于骨科融合器植入體，并獲得美國FDA注冊認證（K232996）。創(chuàng)辦的企業(yè)已獲評為國家級科技型中小企業(yè)與國家級高新技術企業(yè)，持續(xù)推進基于大模型的超材料設計技術在醫(yī)療與散熱等領域的產業(yè)化落地。

顧劍鋒，上海交通大學長聘教授，材料改性與數值模擬研究所所長，上海市激光制造與材料改性重點實驗室副主任。長期從事金屬材料熱處理過程的數值模擬、智能化工藝裝備開發(fā)及先進合金組織–性能調控等方向的研究。近年來，帶領團隊系統(tǒng)性開展了面向熱學、力學和生物醫(yī)用等方向的超材料研究，聚焦結構–功能一體化設計及其工程應用。在Advanced Materials、Materials Today、Acta Materialia 等國際主流期刊發(fā)表論文250余篇，獲國家發(fā)明專利50余項、軟件著作權5項，研究成果獲得國家級、省部級科技獎勵5項。其中，“熱處理數學模型和計算機模擬的研究與應用”獲1999年教育部科技進步一等獎與2000年國家科技進步二等獎，“淬火冷卻虛擬生產及智能化工藝裝備研究”獲2007年教育部技術發(fā)明一等獎。

馬前教授（Prof. Ma Qian）澳大利亞皇家墨爾本理工大學（RMIT University）杰出教授，長期專注于3D打印與超材料領域研究，是國際材料制造與增材制造方向的重要學者。在 Nature、Nature Communications、Advanced Materials、Materials Today、Acta Materialia 等國際頂級期刊發(fā)表多篇高水平論文，谷歌學術 H-index 為78，總引用次數超過30,000次（學術主頁）。馬前教授曾擔任澳大利亞研究理事會（ARC）與新加坡國家研究基金會（NRF）評審專家，2022年榮獲澳大利亞材料學會終身成就獎（該獎以“無金獎、唯銀獎”的方式表達最高榮譽），同時也是美國材料協會（ASM International）與美國粉末冶金學會（APMI）的會士。FAPMI會士每年全球僅授予不超過兩位科學家，代表其在國際粉末冶金領域的卓越影響力。