金属的特性取决于原子堆叠的方式，然而制造过程中出现的随机缺陷，意味着金属材料通常只有理论的一部分强大。为此，宾州大学、伊利诺伊大学和剑桥大学研究团队设计了一种“金属木材”，让镍在高强度下同时维持轻盈性质，研究团队相信未来持续研究下可用性会再往上提升。
材料研究人员一直试图透过建筑学设计必要的几何控制结构，解锁奈米层级缺陷会影响的性能。即使最好的天然金属也有原子排列缺陷，这限制了它们的强度，理论上每个原子都对齐的钛会比现有强上十倍。
而在这项研究中，团队制造了一片带奈米级孔洞的镍片，使其与钛一样坚固，但重量却减轻 4~5 倍，研究团队将这项成功归功于自然界的启发。宾州大学机械工程与应力系助教 James Pikul 解释，团队将材料称为金属木材的原因，不仅因为密度，而是细胞性质。
“海绵状材料是多孔，如果你仔细看看木头，其中厚而密集的部分用于固定结构，多孔的部分则是用于支持生物功能，像是往来运输的细胞。”
而金属木材的结构与其十分类似，坚固的金属支柱间有多孔空隙，使其在强度接近理论最大值的情况下，密度却几乎和水相当，将样品放至水中也能轻松浮起。
“我们知道在某些时候，变小会让强度所提升，但是人们过去并无法用高强度的材料来复制这些结构，让成品大的足以用来做一些有用的用途。多数用坚固材料制成的成品都和小型跳蚤的大小差不多，但用我们的方法，就可以生产 400 倍大的金属木材样品。”
要以商业规模复制生产流程是团队的下一个挑战。与钛不同，金属木材所涉及的材料本身并不是特别稀有或昂贵，但在目前的奈米层面，有此需求的基础设施是有限的。
一旦研究人员可生产尺寸更大的金属木材样品，他们就会开始进行更多测试来理解金属木材的性能。“我们不知道金属木材会像金属一样凹陷，还是会像玻璃一样破碎。就像钛的随机缺陷限制了整体强度，我们需要更了解金属木材的缺陷如何影响整体性能。”
Pikul 认为，这项研究的有趣之处在于，能打造出与其他超高强度材料有相同强度特性的材料，但同时保留 70% 空间能在未来寻找任何用途。就像木材的孔隙有传递能量的生物功能，研究人员打造的“金属木材”也可注入其他材料。
团队正在探索将其他材料融入金属木材孔隙的方法，团队相信，未来有一天研究者能用储存能量的生物体或材料来填充空隙，将材料可用性再往上提升。
这项研究已经刊登在《科学报告》（Scientific Reports）期刊。
- ‘Metallic wood’ has the strength of titanium and the density of water
（首图来源：Penn Engineering）
