我國(guó)科學(xué)家成功制備 輕質(zhì)高強(qiáng)金屬力學(xué)超材料
來(lái)源：科技日?qǐng)?bào) 時(shí)間：2023-08-16 16:58
金屬力學(xué)超材料是由特定結(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，也稱為金屬點(diǎn)陣材料，是新一代先進(jìn)輕質(zhì)高強(qiáng)材料。8月14日，科技日?qǐng)?bào)記者獲悉，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的顧劍鋒教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)馬前教授團(tuán)隊(duì)，成功打印出密度為1.63克/立方厘米的鈦合金（Ti-6Al-4V）力學(xué)超材料，其屈服強(qiáng)度和最大壓縮強(qiáng)度分別達(dá)到308兆帕和417兆帕。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《今日材料》上。
研究團(tuán)隊(duì)從單一變形機(jī)制的經(jīng)典Gibson-Ashby模型出發(fā)，建立了多變形機(jī)制（拉伸、彎曲和剪切）共同作用條件下的力學(xué)模型，該模型能有效地預(yù)測(cè)不同孔隙率的金屬力學(xué)超材料的強(qiáng)度和彈性模量，同時(shí)也適用于去合金納米多孔材料、微納尺度的金屬多孔材料和人體骨骼的天然多孔材料的強(qiáng)度和彈性模量預(yù)測(cè)。此外，該模型可以指導(dǎo)實(shí)施對(duì)各變形機(jī)制的調(diào)控，可謂是對(duì)Gibson-Ashby經(jīng)典模型從基本原理到應(yīng)用范圍的全方位拓展。
更為重要的是，該模型從變形原理上拓展出一個(gè)設(shè)計(jì)輕質(zhì)高強(qiáng)金屬力學(xué)超材料的新概念。研究團(tuán)隊(duì)以上述理論創(chuàng)新為基礎(chǔ)，成功打印出鈦合金力學(xué)超材料，其屈服強(qiáng)度和最大壓縮強(qiáng)度遠(yuǎn)高于相同的孔隙率或密度條件下各類金屬多孔材料或超材料的性能，比商用鎂合金WE54和AZ91更輕、更強(qiáng)、更耐蝕，有望在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)工程、空間和能源技術(shù)等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。
研究人員表示，該工作的理論創(chuàng)新以及對(duì)不同設(shè)計(jì)方案的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為后續(xù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)各類輕質(zhì)高強(qiáng)金屬力學(xué)超材料提供了一個(gè)新的理論工具。
責(zé)任編輯：江蓬新
