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更輕更強 我國研制出輕質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 點擊量：5293
材料的發現與利用反映了人類認知水平以及科技水平的發展程度，影響著生產力這一關鍵要素的進步，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 行業百態】材料是人類生活和生產的物質基礎，它與能源、信息共同構成了社會發展的三大支柱。可以說，材料的發現與利用反映了人類認知水平以及科技水平的發展程度，影響著生產力這一關鍵要素的進步，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成的具有金屬特性的材料，這類材料在文明發展的過程中，應用研究歷史長，應用也非常廣泛，并且時至今日還在不斷的發展。甚至可以說，對于金屬材料的開發，影響了人類歷史的發展進程。
而實際上，金屬材料本身也是一個籠統的概念，可以細化出非常多的類別，其中包括了傳統材料與新材料，因此科學家對于金屬材料的開發從未停止過。
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，就是是由特定結構單元在三維空間按一定規律排列而構成的多孔金屬材料具有強度高、體質輕的特點。這類材料是目前的熱門課題，在航空航天、軌道交通、船舶、工業建設、能源等產業都被寄以厚望。
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據沒有感念。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。
據悉，這種新材料的開發過程是從力學模型的研究開始的。研究團隊從經典Gibson-Ashby模型出發建立了多變形機制共同作用條件下的力學模型，從而實現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測。這相當于對對Gibson-Ashby經典模型進行了從基本原理到應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。
結語：事實上，這種新型鈦合金材料誕生的背后，還反映著技術發展對于材料研究的積極影響。例如3D打印技術的出現，就為材料還原理論模型結構提供了技術基礎。可以說，材料在歷史中的發展，其實是與技術相互影響的。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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