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《Nature》：華裔科學家團隊研發(fā)出超級強度輕金屬材料（轉自 X-MOL）
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《Nature》：華裔科學家團隊研發(fā)出超級強度輕金屬材料 金屬是人類生活中最重要的材料之一，無論是飛機汽車，還是橋梁工具，金屬都是不可缺少的主要材料。而對于這種材料，一般來說其強度和密度之間都存在很大的相關性，也就是說，越是強度高的金屬，其密度也很大。 最近，以加州大學洛杉磯分校機械與航空工程學院的李曉春教授為首的一個研究團隊，開發(fā)出了一種新型的輕巧金屬材料，具有超級強度，也就是說具有極高的比強度和模量，即剛度重量比。 這種新的金屬是在鎂金屬中注入了一種密集分布的陶瓷碳化硅納米顆粒。它可以用來制造更輕的飛機，航天器，和汽車，有助于提高燃料效率，以及應用于移動電子設備和生物醫(yī)學裝置。 2-1.jpg 圖片來源：UCLA Scifacturing Laboratory 為了創(chuàng)造這種具有超級強度而輕巧的金屬，該研究小組發(fā)現(xiàn)了一種使納米粒子在熔融金屬中分散且穩(wěn)定的新的方法。他們還研發(fā)出了能夠可擴展的制造方法，為制造更高性能輕質(zhì)金屬鋪平了道路。這項研究成果發(fā)表在《Nature》雜志上（Processing and properties of magnesium containing a dense uniform dispersion of nanoparticles. Nature, 2015, 528, 539–543）。 “以前已經(jīng)有人提出了加入納米粒子能提高金屬的強度而不破壞其可塑性，特別是對于鎂這樣的輕金屬，但直到現(xiàn)在為止，還沒有哪個實驗小組能夠成功地將陶瓷納米顆粒分散在熔融金屬中，”李曉春說�！巴ㄟ^結合物理學和材料加工科學，我們的方法為在許多不同種類的金屬中均勻注入密集的納米粒子以提高其性能鋪平了一條新的道路，以滿足當今社會能源和可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)�！� 結構金屬是可以承載重量的金屬，它們被用于建筑物和車輛中。鎂的密度只有鋁的三分之二，是最輕的結構金屬。碳化硅是一種超硬陶瓷，常用于工業(yè)中的切割刀片。這個研究團隊的技術使大量的小于100納米的碳化硅顆粒注入到鎂金屬中，從而顯著地增加其強度，剛度，塑性和在高溫下的耐用性。 2-3.jpg 這些研究人員研發(fā)的新的注入碳化硅的鎂金屬材料表現(xiàn)出了創(chuàng)紀錄的比強度，即材料在破裂前所能承受的最大重量，以及材料的剛度重量比。它也顯示出了了優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性。 陶瓷顆粒一直被認為是使金屬更強的潛在方法。然而，向金屬中注入微米尺度的陶瓷顆粒往往會導致其塑性的損失。 與此相反，納米級顆粒卻可以增加金屬的強度，同時保持甚至提高金屬的可塑性。但納米級的陶瓷顆粒易于聚集在一起，而不是均勻分散開來，這是由于小顆粒之間互相吸引的作用。 為了解決這個問題，研究人員將這些納米顆粒分散在熔融的鎂鋅合金中。這種新的納米顆粒分散方式依賴于納米粒子運動的動能。這種機制穩(wěn)定了粒子的分散性和防止了納米粒子結塊。為了進一步提高新金屬的強度，研究人員還使用了一種叫做“高壓扭轉”的技術對其進行壓縮。 “我們目前獲得的成果只是接觸到一個巨大寶藏的表面，這個寶藏就是一類具有革命性的性能和功能的新的金屬，”李曉春說。 這種新金屬（更準確地應稱為金屬納米復合材料）含有大約14％的碳化硅顆粒和86％的鎂。研究人員指出，鎂是一種儲量豐富的金屬資源，它的擴大使用不會造成環(huán)境破壞。（轉載于 X-MOL） |
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