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这种材料厉害!钛的强度、木材的密度!

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日前,美国研究人员开发出一种轻而坚固的新材料——他们称之为“金属木材”。因为它具有高金属的机械强度和化学稳定性,以及接近天然材料如木材的密度。相关论文近期发表在Nature旗下期刊Scientific Reports。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41598-018-36901-3

这种材料厉害!钛的强度、木材的密度!

这种材料是一种镍基多孔材料。材料的强度源于尺寸相关的承重镍支柱的加强,其直径小至17纳米,其8 GPa屈服强度超过块状镍的4倍。 这种材料的机械性能可通过改变纳米级几何形状来控制,强度在90-880 MPa范围内变化,模量在14-116 GPa范围内变化,密度在880-14500 kg / m3范围内变化。

这种材料厉害!钛的强度、木材的密度!

研究人员“金属木材”的微观样本

原子的堆垛方式决定了金属的强度。例如,一个完美堆垛的钛样品的强度将是我们今天制造的任何钛的10倍。这是因为在制备过程中不可避免会产生各种缺陷,从而影响材料整体性能,所受应力往往远低于金属本身的理论强度极限。

科研人员通过一种建筑学的方法,控制金属纳米尺度的分布减少缺陷的影响。每个原子被精细地摆放在适当的位置,获得了惊人的强度重量比。下图是这种材料的制备过程:

这种材料厉害!钛的强度、木材的密度!

他们通过将几百纳米宽的塑料球悬浮在水中,当蒸发时水逐渐消失,球体变成整齐的结晶图案。然后用薄的铬电镀并用镍填充球体。最后塑料被溶解,剩下的就是一个带孔洞的金属支柱网络,有大约70%是空的,使其足够轻,因此相对于它的强度,密度非常低,可以漂浮在水中。一种不错的想法是将金属木材与其他材料相结合,例如注入正极和负极材料,可将金属木材变成一种非常坚固的电池。

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