美國加利福利亞大學洛杉磯分校（UCLA）領銜的研究團隊創(chuàng)造出一種超強輕質(zhì)結(jié)構(gòu)金屬，具有非常高的比強度和模量，或者硬質(zhì)比。這種新金屬主要由鎂組成，鎂中注入了密集且均勻分布的陶瓷碳化硅納米微粒。它可以用來制造更輕的飛機、航天器和汽車，提升燃油效率。為了創(chuàng)造這種超強但輕質(zhì)的金屬，該團隊找到一種方法，通過在熔化的金屬中散布納米微粒并使其穩(wěn)定，同時還開發(fā)了一種可規(guī)模化的制造方法，為更高性能的輕質(zhì)金屬鋪平道路。

    項目主要研究人員、雷神公司制造工程講席教授表示：“學界曾提出，納米微粒可以在不損害金屬塑性的情況下增加其強度，尤其是像鎂這樣的金屬，但是之前沒有一個團隊能夠在熔化的金屬中散布陶瓷納米微粒。我們的方法通過物理注入和材料加工，創(chuàng)造了增強許多種金屬性能的一個新手段，那就是均勻注入密集的納米微粒，增強金屬性能，滿足當今社會的能源和可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)。”

    結(jié)構(gòu)金屬是承受載荷的金屬，用于建筑和運載器（如飛機、汽車）中。鎂的密度只有鋁的三分之二，是最輕的結(jié)構(gòu)金屬。碳化硅是一種超硬陶瓷，普遍用于工業(yè)切削片材。研究人員的技術(shù)能夠向鎂中注入大量尺寸小于100納米的碳化硅微粒，顯著增加了強度、硬度、塑性和耐高溫性。研究人員的新型碳化硅注入鎂金屬演示了他們所宣稱的“創(chuàng)紀錄”的比強度（一個材料在斷裂前可以承受的質(zhì)量）以及比模量。他還展示了高溫下的超強穩(wěn)定性。

    陶瓷微粒一致被認為是增強金屬的潛在手段。但是，使用微米尺度陶瓷微粒的注入工藝總是損失塑性。相比之下，納米尺度的微粒可以在保持甚至提升金屬彈性的情況下提升強度。但是，因為小微粒吸引彼此的趨向，納米尺度的陶瓷微粒容易聚集到一起而不是均勻散布。為了對付這個問題，研究人員將微粒散布在融化的鎂鋅合金中。新近發(fā)現(xiàn)的納米微粒散布依靠動能微粒運動中的動能。這使微粒的散布穩(wěn)定，防止聚集。

    為進一步提升這種新金屬的強度，研究人員使用了一種稱作高壓扭轉(zhuǎn)的技術(shù)來壓縮它。“這一新型金屬具備革命性的性能和功能性，目前我們獲得的成果是僅僅是這寶藏中的一點點。”新金屬（更精確地說是金屬納米復合材料）包含14%的碳化硅納米微粒和86%的鎂。研究人員表示鎂是一個充足的資源，大規(guī)模使用不會損害環(huán)境。

責任編輯：周婭

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