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儀器行業(yè)本周要點速遞（7月14-7月18日）。[詳細]
更輕更強 我國研制出輕質(zhì)高強金屬力學超材料
2023年08月16日 13:24:46
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：5322
材料的發(fā)現(xiàn)與利用反映了人類認知水平以及科技水平的發(fā)展程度，影響著生產(chǎn)力這一關(guān)鍵要素的進步，是人類文明推進的“源動力”之一。而在如今的眾多材料中，金屬材料的意義與價值又尤為特殊。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】材料是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，它與能源、信息共同構(gòu)成了社會發(fā)展的三大支柱。可以說，材料的發(fā)現(xiàn)與利用反映了人類認知水平以及科技水平的發(fā)展程度，影響著生產(chǎn)力這一關(guān)鍵要素的進步，是人類文明推進的“源動力”之一。而在如今的眾多材料中，金屬材料的意義與價值又尤為特殊。
金屬材料是指由金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料，這類材料在文明發(fā)展的過程中，應(yīng)用研究歷史長，應(yīng)用也非常廣泛，并且時至今日還在不斷的發(fā)展。甚至可以說，對于金屬材料的開發(fā)，影響了人類歷史的發(fā)展進程。
而實際上，金屬材料本身也是一個籠統(tǒng)的概念，可以細化出非常多的類別，其中包括了傳統(tǒng)材料與新材料，因此科學家對于金屬材料的開發(fā)從未停止過。
在金屬材料中，有一類特殊的人造材料——金屬力學超材料。金屬力學超材料又稱為金屬點陣材料，從概念上來說，就是是由特定結(jié)構(gòu)單元在三維空間按一定規(guī)律排列而構(gòu)成的多孔金屬材料具有強度高、體質(zhì)輕的特點。這類材料是目前的熱門課題，在航空航天、軌道交通、船舶、工業(yè)建設(shè)、能源等產(chǎn)業(yè)都被寄以厚望。
而就在最近，我國科學家成功研制出了新一代的金屬力學超材料。據(jù)悉，上海交通大學材料科學與工程學院的顧劍鋒教授團隊聯(lián)合澳大利亞皇家墨爾本理工大學馬前教授團隊，成功打印出了密度僅為1.63克/立方厘米的鈦合金(Ti-6Al-4V)力學超材料，這種材料的屈服強度達到了308兆帕，最大壓縮強度為417兆帕。或許許多人對這個數(shù)據(jù)沒有感念。拿我們生活中常見的304不銹鋼進行對比，304不銹鋼的密度是7.93克/立方厘米，其屈服強度為205兆帕，也就是說，這種新材料遠比304不銹鋼輕，但是強度卻更高。
而與材料本身相比，該成果更重要的是提供了一種更合理的新材料研究模式。
據(jù)悉，這種新材料的開發(fā)過程是從力學模型的研究開始的。研究團隊從經(jīng)典Gibson-Ashby模型出發(fā)建立了多變形機制共同作用條件下的力學模型，從而實現(xiàn)了對不同孔隙率的金屬力學超材料的強度和彈性模量的有效預(yù)測。這相當于對對Gibson-Ashby經(jīng)典模型進行了從基本原理到應(yīng)用范圍的全方位拓展。對于未來進一步研究金屬或者非金屬力學超材料都有重要的意義。
結(jié)語：事實上，這種新型鈦合金材料誕生的背后，還反映著技術(shù)發(fā)展對于材料研究的積極影響。例如3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，就為材料還原理論模型結(jié)構(gòu)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。可以說，材料在歷史中的發(fā)展，其實是與技術(shù)相互影響的。或許在未來的某一天，越來越多如今匪夷所思的材料會成為我們生活中稀松平常的一部分。
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