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日前，針對(duì)航空航天、精密儀器等領(lǐng)域?qū)τ诓牧蠝p震、吸能等方面的性能需求，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所(以下簡(jiǎn)稱金屬所)與美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校、中國(guó)工程物理研究院開展合作，借鑒天然生物材料三維互穿微觀結(jié)構(gòu)的理念，將鎂熔融浸滲至增材制造的鎳鈦合金骨架，構(gòu)筑成輕質(zhì)、高強(qiáng)、高阻尼、高吸能鎂-鎳鈦仿生復(fù)合材料。相關(guān)研究成果于5月8日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》。
金屬所項(xiàng)目研究員劉增乾表示，科研團(tuán)隊(duì)對(duì)自然界神奇“結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系”的理解，為設(shè)計(jì)綜合性能優(yōu)異的新材料提供了獨(dú)到的思路。
與人造材料相比，天然生物材料的宏觀力學(xué)性能通常顯著優(yōu)于其基本結(jié)構(gòu)單元的簡(jiǎn)單加和，本源在于其復(fù)雜、多尺度的自組裝結(jié)構(gòu)。諸如貝殼、骨骼等在微觀上呈現(xiàn)三維相互貫穿式結(jié)構(gòu)，各組成相保持連通且相互穿插，由此實(shí)現(xiàn)各組成相在性能與功能上的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以及材料的同步強(qiáng)韌化。
除了高比強(qiáng)度、比剛度以及優(yōu)異的導(dǎo)熱與電磁屏蔽等性能，鎂的阻尼性能顯著優(yōu)于大多數(shù)工程金屬材料，甚至可比肩一些常用的高分子材料，但其強(qiáng)度與耐熱性明顯高于高分子材料，因此在減震、吸能、降噪等方面突顯優(yōu)勢(shì)。
“鎂及其合金的強(qiáng)度、剛度、塑性和斷裂韌性仍低于鋼鐵和鋁合金，且抗高溫蠕變能力差，制約了其廣泛應(yīng)用。”劉增乾說，科研團(tuán)隊(duì)利用微觀三維互穿仿生結(jié)構(gòu)研制出新型仿生復(fù)合材料，不僅實(shí)現(xiàn)了鎳鈦增強(qiáng)相與鎂基體在性能優(yōu)勢(shì)上的互補(bǔ)與結(jié)合，而且賦予材料形狀記憶與自修復(fù)功能。
新型仿生復(fù)合材料通過多重機(jī)制分別提高強(qiáng)度和阻尼性能，突破了兩者之間的相互制約關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了鎂合金的強(qiáng)度、阻尼和能量吸收效率等多種性能的良好結(jié)合，綜合性能優(yōu)于目前已知的工程材料，有望成為精密儀器、航空航天等領(lǐng)域需求的新型阻尼減震材料。
相關(guān)論文信息：
https://advances.sciencemag.org/content/6/19/eaba5581
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