钻石是一种由碳元素组成的矿物，是自然界中天然存在的最坚硬的物质。在工业上主要用于制造钻探用的探头和磨削工具，故又称为金刚钻或金刚石。钻石的碳元素构成的晶体的碳原子的空间结构是正四面体形，原子间以共价键结合，是一种非常稳定的结合方式。

最近，美国加利福尼亚大学尔湾分校的科学家们在结构上设计了一种板状纳米级碳结构材料，其强度与密度之比比金刚石还强，该研究成果发表在《自然通讯》上。研究人员成功设计和制造了壁厚约160纳米的闭孔板状纳米晶格结构材料，该材料由紧密连接的闭孔板代替了过去几十年来这种结构中常见的圆柱形桁架组成。研究表明，这种排列达到了多孔材料强度和刚度的理论极限。

该大学机械与航空航天工程研究人员、论文作者延斯·鲍尔（Jens Bauer）说：“以前的基于波束的设计虽然引起了人们的极大兴趣，但在机械性能方面并没有那么有效。” “我们创造的这种新型的板式纳米纤维比最佳的束式纳米纤维要强得多、也更坚硬。”该论文指出，所设计研制的材料已显示出可将圆柱梁型体系结构的平均性能提高多达639％的强度和522％的刚性。

研究人员表示，该研究成就的关键取决于复杂的3D激光打印工艺，称为双光子聚合直接激光写入（two-photon lithography direct laser writing）。当激光聚焦在对紫外线敏感的液态树脂的液滴内部时，随着紫外线敏感树脂的逐层添加，分子同时被两个光子撞击，材料在两个光子会合的位置变成固态聚合物。通过扫描激光或在三个维度上移动载物台，此技术能够对细微结构进行周期性排列，每个细微结构由厚度为160纳米的平板组件组成。

该研究的一项创新还包括在板上的小孔，这样的小孔可用于从成品材料中去除多余的树脂。作为最后一步，晶格经过热解，在真空中将其加热到900摄氏度。最终结果是形成了立方形状的碳结构，科学家们认为这种多孔材料具有最高的强度。

这项研究的另一个目标和成就是利用基础物质的固有机械作用。研究人员说：“当您使用任何一种材料并将其尺寸显著减小到100纳米时，它就会接近理论上没有孔或裂纹的晶体。减少这些缺陷会增加系统的整体强度。”这种碳纳米晶体结构在航空航天领域具有广阔的应用前景，其高强度和低质量密度的结合将大大提高飞机和航天器的性能。