金屬的特性取決於原子堆疊的方式，然而製造過程中出現的隨機缺陷，意味著金屬材料通常只有理論的一部分強大。為此，賓州大學、伊利諾伊大學和劍橋大學研究團隊設計了一種「金屬木材」，讓鎳在高強度下同時維持輕盈性質，研究團隊相信未來持續研究下可用性會再往上提升。
材料研究人員一直試圖透過建築學設計必要的幾何控制結構，解鎖奈米層級缺陷會影響的性能。即使最好的天然金屬也有原子排列缺陷，這限制了它們的強度，理論上每個原子都對齊的鈦會比現有強上十倍。
而在這項研究中，團隊製造了一片帶奈米級孔洞的鎳片，使其與鈦一樣堅固，但重量卻減輕 4~5 倍，研究團隊將這項成功歸功於自然界的啟發。賓州大學機械工程與應力系助教 James Pikul 解釋，團隊將材料稱為金屬木材的原因，不僅因為密度，而是細胞性質。
「海綿狀材料是多孔，如果你仔細看看木頭，其中厚而密集的部分用於固定結構，多孔的部分則是用於支持生物功能，像是往來運輸的細胞。」
而金屬木材的結構與其十分類似，堅固的金屬支柱間有多孔空隙，使其在強度接近理論最大值的情況下，密度卻幾乎和水相當，將樣品放至水中也能輕鬆浮起。
「我們知道在某些時候，變小會讓強度所提升，但是人們過去並無法用高強度的材料來複製這些結構，讓成品大的足以用來做一些有用的用途。多數用堅固材料製成的成品都和小型跳蚤的大小差不多，但用我們的方法，就可以生產 400 倍大的金屬木材樣品。」
要以商業規模複製生產流程是團隊的下一個挑戰。與鈦不同，金屬木材所涉及的材料本身並不是特別稀有或昂貴，但在目前的奈米層面，有此需求的基礎設施是有限的。
一旦研究人員可生產尺寸更大的金屬木材樣品，他們就會開始進行更多測試來理解金屬木材的性能。「我們不知道金屬木材會像金屬一樣凹陷，還是會像玻璃一樣破碎。就像鈦的隨機缺陷限制了整體強度，我們需要更了解金屬木材的缺陷如何影響整體性能。」
Pikul 認為，這項研究的有趣之處在於，能打造出與其他超高強度材料有相同強度特性的材料，但同時保留 70% 空間能在未來尋找任何用途。就像木材的孔隙有傳遞能量的生物功能，研究人員打造的「金屬木材」也可注入其他材料。
團隊正在探索將其他材料融入金屬木材孔隙的方法，團隊相信，未來有一天研究者能用儲存能量的生物體或材料來填充空隙，將材料可用性再往上提升。
這項研究已經刊登在《科學報告》（Scientific Reports）期刊。
（首圖來源：Penn Engineering）
