美國(guó)開發(fā)出新型“金屬木頭”材料

日前，美國(guó)研究人員開發(fā)出一種輕而堅(jiān)固的新材料——他們稱之為“金屬木材”。因?yàn)樗哂懈呓饘俚臋C(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，以及接近天然材料如木材的密度。這種材料是一種鎳基多孔材料。材料的強(qiáng)度源于尺寸相關(guān)的承重鎳支柱的加強(qiáng)，其直徑小至17納米，其8 GPa屈服強(qiáng)度超過塊狀鎳的4倍。這種材料的機(jī)械性能可通過改變納米級(jí)幾何形狀來控制，強(qiáng)度在90～880 MPa內(nèi)變化，模量在14～116 GPa內(nèi)變化，密度在880～14 500 kg/m3范圍內(nèi)變化。

原子的堆垛方式?jīng)Q定了金屬的強(qiáng)度。例如，一個(gè)完美堆垛的鈦樣品的強(qiáng)度將是我們今天制造的任何鈦的10倍。這是因?yàn)樵谥苽溥^程中不可避免會(huì)產(chǎn)生各種缺陷，從而影響材料整體性能，所受應(yīng)力往往遠(yuǎn)低于金屬本身的理論強(qiáng)度極限。而科研人員通過一種建筑學(xué)的方法，控制金屬納米尺度的分布減少缺陷的影響。每個(gè)原子被精細(xì)地?cái)[放在適當(dāng)?shù)奈恢?，獲得了驚人的強(qiáng)度重量比。

他們通過將幾百納米寬的塑料球懸浮在水中，當(dāng)蒸發(fā)時(shí)水逐漸消失，球體變成整齊的結(jié)晶圖案。然后用薄的鉻電鍍并用鎳填充球體。最后塑料被溶解，剩下的就是一個(gè)帶孔洞的金屬支柱網(wǎng)絡(luò)，有大約70%是空的，使其足夠輕，因此相對(duì)于它的強(qiáng)度，密度非常低，可以漂浮在水中。一種不錯(cuò)的想法是將金屬木材與其他材料相結(jié)合，例如注入正極和負(fù)極材料，可將金屬木材變成一種非常堅(jiān)固的電池。