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研究人员开发新工艺制造高强度超轻材料 可用于汽车行业
2021-3-8  来源:-  作者:-

 
      飞机和汽车等行业使用的轻质材料需要尽可能轻且坚固。据外媒报道,德国亥姆霍兹研究中心(Helmholtz-Zentrum Geesthacht,HZG)与汉堡工业大学(TUHH)的研究团队开发出超轻材料新工艺纳米金属杆,可在不同层次上形成嵌套网络,进而提供超高强度。

     埃菲尔铁塔建成于1889年,是当时世界上最高的建筑。它将大小不一的铁梁进行巧妙地排列,具有超强稳定性。术语“分层”指的是一种由小梁支撑大梁的开放阵列的工程方法。一直以来,材料科学研究者都在试图将这种方法应用于材料内部微观结构中,如使用3-D打印机复制微米级工程桁架结构。但目前仍未找到新一代超强轻质建筑材料。论文联合作者、HZG材料力学研究所的JörgWeißmüller教授表示:“原因之一是3D打印机最多只能打印约10,000束光束,且历时数小时,不适用于实际应用。”

     但该团队仍在不断努力:如果通过将光速直径缩小到几纳米,就能增强光束强度,那么可为制造轻巧而坚固的新型材料奠定基础。但是,这种材料通常包含数万亿束光束,远超当前所有打印机的能力。

     首先,该团队将合金(93%银+7%金)浸入稀硫酸中,溶解一半银后,剩余材料自行重新排列,从而形成纳米级光束的精密网络。之后,研究人员在几百度高温下对该材料进行热处理。Shi解释说:“这种方法可将网络粗化到150纳米的光束大小,并保持原始架构。”

     最后,研究人员使用酸洗去其余银,仅留下平均孔径为15纳米的金光束。结果呈现出两种不同光束大小的分层材料,这一点和爱菲尔铁塔完全不同。得益于其开放网络结构,这种新材料的80%到90%为空气,且密度仅为固态金属的10%到20%。

     随后,研究小组测试毫米级样品的机械性能。JörgWeißmüller表示:“鉴于这种材料密度很低,因此它的关键机械参数(如强度和弹性模量)相对非常高。尽管已去除了大部分重量,但是这种材料还是比目前最先进的材料坚固的多。这也首次证明分层结构不仅适用于艾菲尔铁塔等宏观工程桁架结构,也适用于轻质网络材料。”

     目前这种新材料尚不适用于轻质结构,因为黄金太过贵重且软。但新的HZG材料设计方法可以应用于其他技术相关金属,如铝、镁或钛。但研究人员还面临这一个问题,那就是目前他们只能制造小的毫米级样本。Weißmüller表示:“目前可使用我们的工艺制造金属丝甚至整个金属片。未来,该材料将更多应用于真实场景中,如汽车领域,使汽车更轻便节能。”
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