加州理工学院和清华大学的科学家开发出一种新方法，能够精确制造纳米尺度的三维金属部件。这一工艺适用于多种金属或合金，所生产的组件虽存在微观结构缺陷，却表现出显著强度，在医疗设备、计算机芯片和太空设备等领域具有应用前景。

研究人员在《自然通讯》期刊上发表了相关论文，详细描述了他们的技术。这项研究由加州理工学院的Julia R. Greer教授和清华大学的胡建国共同领导，利用双光子光刻技术，通过控制单个体素的几何结构，逐步构建微小物体。过程从光敏液体开始，使用飞秒激光在水凝胶中塑造形状，然后注入金属盐如硝酸铜，并通过两次加热处理生成金属复制品。

“这就是奇迹发生的地方，”Greer表示。加热过程首先去除有机化合物，留下金属氧化物如氧化镍，有时这一步即可完成产品。对于其他材料，第二次加热使用还原气体去除氧气，形成纯金属结构。这一步骤导致体积收缩高达90%，产生尺寸小于50微米、构建块以纳米计量的组件如晶格或热交换器。

团队分析这些纳米三维金属部件时，发现它们包含孔隙、晶界等缺陷，这在宏观尺度通常会导致材料脆弱。然而，当科学家将实际微观结构细节纳入模型时，预测强度比类似宏观金属高出50倍，体现了纳米尺度的“越小越不同”效应。

Greer强调，模型由新加坡南洋理工大学的合作者开发，基于真实制造部件的微观结构，而非理想化假设。“我们将我们发现的精确微观结构放入模型中。这不是推断。这不是代表性。这是我们制造的实际微观结构，”Greer解释道。这使模型首次准确预测了部件强度。

“我认为这项工作基本上表明，在未来，即使我们用定制部件‘纳米架构’我们的世界，我们也能可靠地预测它们的性能，这是社会尚未实现的事情，”Greer说。“而且我们不必仅仅因为部件包含缺陷就将其淘汰。”这一进展为纳米三维金属部件的应用提供了新可能。

出版详情：作者：Kimm Fesenmaier, California Institute of Technology；标题：《Nano 3D metallic parts turn out to be surprisingly strong despite defects》；发表于：《Nature Communications》(2026)。