研究者らは、目を引く構造をナノスケールまで縮小することに成功した(Researchers shrink eye-catching structure down to the nano scale)

2026-05-28 ワシントン大学(UW)

米ワシントン大学(UW)の研究チームは、張力と圧縮力のバランスによって軽量かつ高剛性を実現する「テンセグリティ構造」をナノスケールまで微細化する技術を開発した。研究では、特殊なナノスケール3Dプリンターを用いて約30マイクロメートルのバー・ケーブル構造を作製し、その後900℃で加熱することで体積を80%以上縮小した。縮小過程では細いケーブル部分がバー部分より大きく収縮し、内部応力が固定化された「ナノテンセグリティ(nanotensegrity)」構造が形成された。その結果、最小約5マイクロメートルまで小型化された構造体は、元の構造と比較して最大250%高い剛性を示した。テンセグリティはクモの巣や細胞骨格など自然界にも見られる構造原理であり、本研究はその特性をナノ材料設計へ応用したものである。研究チームは今後、これらの微小構造を集合化して、軽量で高強度かつ耐衝撃性に優れた新しい機能材料の開発を目指している。成果は学術誌 Small に掲載された。

研究者らは、目を引く構造をナノスケールまで縮小することに成功した(Researchers shrink eye-catching structure down to the nano scale)
Researchers 3D printed tiny tensegrity-inspired structures and then shrank them even further through a heating process, creating lightweight “nanotensegrities” that are up to 250% stiffer than the original structures. Photo: Amitha R. Mulastham/UW Molecular Analysis Facility

<関連情報>

サイズ変化による収縮を利用した、テンセグリティ構造に着想を得たナノ構造における精密応力制御 Precision Stress Engineering in Tensegrity-Inspired Nanoarchitectures Enabled by Size-Affected Shrinkage

Amitha R. Mulastham, Caelan Wisont, Robert Verdoes, Zainab S. Patel, Alex Cong, Matt Leahy, Lucas R. Meza
Small  Published: 26 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/smll.202514849

ABSTRACT

Residual stress networks offer a powerful means to enhance mechanical properties, but controlling them at the nanoscale remains challenging. Here, we introduce a method to create prestressed tensegrity-inspired nanoarchitectures, i.e., nano-tensegrities, by exploiting a previously uncharacterized size-affected shrinkage phenomenon. We discover that the shrinkage of acrylate-based polymers during pyrolysis has a power-law dependence on size. This size-effect arises due to increased residual oxygen-containing groups in larger-dimension specimens. Leveraging this effect, we use two-photon lithography to fabricate polymer structures with thicker “bar” and thinner “tendon” members and pyrolyze them to create prestressed glassy carbon nano-tensegrities. Using combined experiments and numerical modeling, we demonstrate pyrolyzed structures retain their designed state of prestress, which can then be precisely controlled by tuning the bar-to-tendon diameter ratio. Prestress is shown to considerably enhance stiffness – up to a two-and-a-half-fold increase in the structures studied here – but can lead to buckling in excessively stressed slender members. We evaluate the effect of architecture and slenderness on the limits of prestressability and analyze corresponding changes in mechanical performance. This work establishes a method to precisely program 3D residual stress into metamaterials at the nanoscale, enabling a new class of mechanically tunable nanoarchitectures.

0703金属材料
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました