@ 2014.07.03 , 10:44

模拟竹子和牙齿结构开发的新型理想钢材

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人类的牙齿和竹子,这两样东西看起来都没有钢板耐用。但是,一系列最新实验发现,模拟牙齿和竹子结构制造的钢材,不但耐久性更好,强度也更大。

某中美联合化学研究团队制造出了一种特殊微结构钢材,灵感就来自于牙齿和竹子。这种新钢材是一种更富弹性,更能承受应力的新型钢材,炼钢厂需要钢材同时具备优良的弹性和应力耐性,钢材要能够承受大应力,但是如果应力接近极限,钢材必须能够稍稍弯曲,这样工程师就有足够时间在钢材失效之前进行修复,不至于突然断裂造成事故。

新型钢材的表层微粒直径为96纳米,也就是一层纸厚度的1/1000。表面的微粒比较小,但是越深入钢材,颗粒就会越大,在钢材的核心部分,钢微粒的大小达到了35微米,是表层微粒的300倍。钢材的厚度只有1毫米。当然这种从小到大的变化是两面都有的。

表面的小颗粒让钢材更硬,深层的大颗粒让钢材能够弯曲。其实许多自然界中的东西,也具有这种从表面到中心的粒度过度。这种过度可以帮助抵抗应力。

通过对比,研究人员用粒度渐变结构制作出了一块理想钢材,可以承受500Mpa的压力的同时,长度可以延展20%而不断裂。

研究人员希望可以用这种结构,制造出耐腐蚀、耐磨损和抗疲劳程度高的钢材。

“我们觉得这是材料研究领域激动人心的新天地,这种结构的用途很广,只需要简单的改造就可以应用于工业生产,而且改造成本也不高。”研究团队的吴研究员说。

中美联合团队将他们的发现发表在《Materials Research Letters》和《美国国家科学院院刊》上。

不过说起粒度渐变,几年前就有材料科学家和化学家对铜和不锈钢进行过类似处理,同样发现这样可以提高钢材的强度和韧性。

本文译自 Popsci,由译者 王大发财 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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