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新型合金在室溫下擁有無與倫比的彈性

新型合金在室溫下擁有無與倫比的彈性

2022-11-29 Comments 0 Comment

雖然大多數金屬都具有某種程度的彈性,但有些金屬對對抗彎曲變形的反應比其他金屬更好。正在對這些材料的構成進行實驗的科學家們已經開發出一種新型的銅基合金,他們說這種合金可以簡單地大規模生產,並且在室溫下擁有無與倫比的彈性。

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要使一種金屬具有高彈性,它需要很容易被拉伸和變形,用所謂的楊氏模量(Young’s modulus)來衡量,同時仍有足夠的強度來恢復到原來的形狀。將這些特性整合到金屬和合金中是一個棘手的平衡行為,其中一個往往會損害其他特性,但通過仔細的工程設計,可以生產出滿足日常應用的特定要求的材料。

一個例子是不銹鋼,它有很高的抗拉強度,並能耐受廣泛的溫度和腐蝕,因此被用於從炊具到手術室到外太空的所有領域。通過觀察你的鍋,你可能不知道,但不銹鋼甚至有極少量的屈服性,其彈性應變值<0.2%。

許多金屬和合金也是如此,它們在散裝形式下的彈性應變值低於1%,(儘管在微觀和宏觀尺度上,這一數字約為10%)。東北大學的工程師們提出了一種新的銅基合金,將這些類型的散裝金屬帶入靈活的新領域。

該團隊的塊狀銅基單晶合金非常堅固,在室溫下具有4.3% 的超高拉伸彈性應變,據說在此類材料中是無與倫比的。它以一種違背所謂的胡克定律的方式實現了這樣的能力,胡克定律認為材料的彈性與所施加的應力成正比,即使在僅承受少量應力時也具有很高的彈性。

這種類型的材料可以被用於從製造更有彈性的體育用品到更好地適應人體的先進醫療植入物。科學家們現在正在探索這些可能性,同時進一步研究這種合金的性能,以確定其在這種大變形後的功能疲勞。令人鼓舞的是,他們說用於製備該合金單晶的循環熱處理是一個簡單的過程,很適合大規模生產。

領導這項研究的Sheng Xu說:”我們的散裝合金可以用作具有高恢復性的彈簧材料,它們也可以應用於採用應變介導的傳感器的設備,如可拉伸的電子產品。這種新合金的低楊氏模量與人體骨骼相似,因此有可能用於醫療應用。”

這項研究發表在《自然》雜誌上。

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