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“金属木料”你听过?密度与木料相当,可浮于水上,强度即是钛

来源:yobo体育全站app   发布时间:2022-08-13 23:13nbsp;  点击量:

本文摘要:研究人员“金属木料”的微观样本。图片来自宾夕法尼亚大学一组美国研究人员开发出一种轻而结实的新质料——他们称之为金属木料。这种质料虽然是一层多孔镍板,但强度与钛相当,但重量是钛的4到5倍。 原子堆叠在一块金属上的方式决议了金属的强度——可是我们(还)不能制造这样的物体。例如,一个完美堆叠的钛样品的强度将是我们今天制造的任何钛的10倍。这可以归结为制造历程中发生的随机缺陷,影响金属的整体性能。

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研究人员“金属木料”的微观样本。图片来自宾夕法尼亚大学一组美国研究人员开发出一种轻而结实的新质料——他们称之为金属木料。这种质料虽然是一层多孔镍板,但强度与钛相当,但重量是钛的4到5倍。

原子堆叠在一块金属上的方式决议了金属的强度——可是我们(还)不能制造这样的物体。例如,一个完美堆叠的钛样品的强度将是我们今天制造的任何钛的10倍。这可以归结为制造历程中发生的随机缺陷,影响金属的整体性能。质料研究人员一直在试图使用这种现象,他们接纳了一种修建学的方法,控制金属的纳米尺度结构,以解开纳米尺度上发生的力学特性,在纳米尺度上,缺陷淘汰了影响。

在一项新的研究中,研究人员在宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的伊利诺伊大学香槟分校和剑桥大学设计的一种新质料,每个原子被小心翼翼地摆放在正确的位置,导致高得惊人的强度重量比。伍迪金属宾夕法尼亚大学工程学院机械工程与应用力学系助理教授James Pikul是该研究的主要作者,他说:“我们之所以称其为金属木料,不仅是因为它的密度与木料的密度差不多,还因为它的细胞特性。”多孔质料是多孔的;如果你视察木纹,这就是你所看到的——那些又厚又密的部门用来支撑结构,而那些多孔的部门用来支持生物功效,好比细胞之间的运输。该团队写道,这种质料的多孔性和自组装历程使其类似于木料和类似的自然质料。

他们的金属木料是由麋集的,强大的金属支柱周围的空洞。Pikul解释说,该设计的事情原理是“在杆的强度靠近理论最大值的长度规模内”。该团队写道,这种质料的多孔性和自组装历程使其类似于木料和类似的自然质料。

他们的金属木料是由麋集的,强大的金属支柱周围的空洞。Pikul解释说,该设计的事情原理是“在杆的强度靠近理论最大值的长度规模内”。Pikul的研究小组从直径几百纳米的塑料小球开始,这些小球悬浮在水中。

当水逐步蒸发时,球体堆叠在一起,形成一个有序的晶体结构。这些球体电镀镍,然后溶解——留下一个金属支撑网。

该质料的单元单元的制造历程。(b-g)镍反卵白石质料的截面SEM图像他们解释说,每个支柱约莫10纳米宽,约莫相当于100个镍原子的长度。与3d打印等其他技术相比,该团队更喜欢这种生产方法,因为它更容易扩大规模。Pikul说:“我们已经知道,变小会让你变得更强壮,可是人们还不能用足够大的质料来制造这些结构,这样你就可以做一些有用的事情。

”大多数由结实质料制成的样品只有跳蚤那么大,但通过我们的方法,我们可以制作出比跳蚤大400倍的金属木料样品。他增补说:“我们已经用这种金属木料制作了约莫一平方厘米的箔片,约莫有一个玩骰子的一边那么大。”“为了给你一种规模感,在这么大的一块金属上约莫有10亿个镍支柱。”因为约莫70%的质料是空的,相对于它的强度,它的密度很是低。

它只是比水的密度小一点,这意味着这种质料的一块可以漂浮,同时仍然比今天的大多数金属合金更强。具有讥笑意味的是,这种制造金属木料的历程(在类似木料的结构中是金属)与马里兰大学的研究人员制造超高密度木料(在类似金属的结构中是木料)的历程正好相反。该团队现在正致力于将生产流程扩展到与商业相关的规模。所使用的质料自己并不特别稀有或昂贵,但举行生产历程所需的基础设施现在很是有限。

然而,如果这种基础设施获得开发,该团队相信,他们的金属木料可以比原型样品生产得更快、更自制。更大的生产基地也将允许团队进一步测试他们的建立。由于他们只在实验室中制造了一个很小的样本,所以研究小组只能在质料上举行宏观察试。“例如,我们不知道我们的金属木料是会像金属一样凹陷还是像玻璃一样破碎。

”Pikul说。“就像钛的随机缺陷限制了它的整体强度一样,我们需要更好地相识金属木料支柱的缺陷是如何影响其整体性能的。”另一种令人兴奋的可能性是将金属木料与其他质料相联合,以适应广泛的应用。

例如,将其注入正极和负极质料,本质上将使金属木料酿成一种很是结实的电池。“这项事情的恒久有趣之处在于,我们使一种质料具有与其他超高强度质料相同的强度特性,但现在它有70%的空间是空的,”Pikul说。

“有朝一日,你可以用其他工具填满谁人空间,好比生物体或储存能量的质料。”例如,这种质料可以用来制造能够储存自身能量的智能假肢——这将是很是甜蜜的。相关著作论文《纳米镍逆卵白石质料制备的高强度金属木料》已在《自然》杂志上揭晓。


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