納米尺度下的金屬玻璃顯現超級力學性能

【中玻網】美國研究人員開發出一種新方法，只需簡單地減小尺寸，即可使一些脆性材料的韌性變得更為強勁。此項科研成果刊登在2月7日《自然•材料學》雜志的網絡版上。
　　
　　加州理工學院材料科學與力學系博士后研究員張東嬋(音譯)及副教授茱莉亞•格里爾主持的該項研究，較終或將導致研發出超強度輕型耐損傷新材料。這些新材料將可用于輕型航天器的結構應用，以延長其在較端條件下的工作壽命，或可用于海軍艦船以抗擊腐蝕和磨損。
　　
　　結構材料一直不得不依賴于其加工條件，從而成為其特性的“奴隸”。譬如，陶瓷具有很大的強度，是結構性應用的理想材料。但其又重又脆，容易在應用中產生問題，也不適于支撐重物。
　　
　　另一方面，金屬和合金則具有延展性，其雖不易碎，但又缺乏陶瓷的強度。因此，材料科學家開發出一種名為玻璃金屬合金的奇異材料，其無定形且缺乏傳統金屬的晶體結構。這些材料也被稱為金屬玻璃，是由鋯、鈦、銅和鎳等金屬元素隨機籌備形成的。其較輕的質量是將其納入新型設備的一大優勢，而其強度又可與陶瓷媲美。不過，其隨機結構又使金屬玻璃變得很脆，無法承受拉伸載荷。
　　
　　而張東嬋等開發出的新技術可克服以上障礙，方法就是將金屬玻璃制作得非常之小。他們設計的工藝流程可制作出直徑僅為100納米的富鋯金屬玻璃柱。在此尺寸上，金屬玻璃變得不再只是強勁，而且還更為堅韌，這意味著在不斷裂的情況下就能對其做一定的拉伸。強度加韌性代表了其在結構應用中的一種無缺組合。
　　
　　將納米柱合成納米陣列也許就能形成非常大分層結構的基本模塊，同時又有較小物體的強度和韌性，但到目前為止，這種新材料尚未得到直接應用。不過，該項工作已令人信服地證明了“尺寸”可被成功地用作設計參數。
　　
　　研究人員表示，材料科學的研究正在進入一個新紀元。結構性材料的創建，不僅可通過利用像陶瓷和金屬這樣的整體結構，也可經由將“架構”特性引入其中來獲得。研究人員正在利用納米尺寸的微細金屬玻璃盤及具有超細紋理的延性金屬來制造“磚-水泥”架構，從而制造出具有更大強度和韌性的工程復合材料。