“既強且柔”的奇異金屬，讓變形飛機、機器人的超強人工肌肉成為可能！

作者 李傳福 史湘綺

在現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展中，我們對材料的性能要求越來越高。特別是在航空航天、機器人技術以及人工器官等領域，對材料的強度和柔韌性都提出了苛刻的要求。近日，西安交通大學前沿院及金屬材料強度國家重點實驗室的科研團隊在《自然》雜志上發(fā)表了一項突破性研究成果，他們成功研發(fā)出了一種新型金屬合金，這種合金不僅具有超高強度，還擁有類似高分子材料的超高柔韌性，為未來技術的發(fā)展打開了新的可能性。

這種新型合金是帶有兩種馬氏體“種子”的獨特應變玻璃狀態(tài)合金（DS-STG），它是基于Ti-50.8Ni合金，通過一種創(chuàng)新的三步熱機械處理工藝制備而成。這種合金的問世，打破了長期以來金屬材料在強度和柔韌性之間不可兼得的傳統(tǒng)觀念。在傳統(tǒng)的材料科學中，高強度往往意味著低柔韌性，因為高強度需要強的原子鍵，而這又會限制材料的變形能力。然而，DS-STG合金的出現(xiàn)，卻實現(xiàn)了在保持超高強度的同時，還具有超低的彈性模量，這使得它在-80℃到+80℃的寬溫域內(nèi)都能展現(xiàn)出類似橡膠的柔韌性。

這種“既強且柔”的特性，使得DS-STG合金在變形飛行器、超級機器人、人工器官等未來技術領域具有巨大的應用潛力。例如，在航空航天領域，這種合金可以用于制造能夠根據(jù)飛行條件變化而改變形狀的飛機機翼，從而提高飛機的性能和燃油效率。在機器人技術領域，DS-STG合金可以用于制造超強人工肌肉，使機器人的動作更加靈活和精確。此外，這種合金在醫(yī)療領域也有望發(fā)揮重要作用，比如用于制造更加靈活和耐用的人工關節(jié)。

DS-STG合金的研制成功，得益于科研團隊對應變玻璃的深入研究。應變玻璃是一種特殊的非晶態(tài)合金，它在微觀結構上呈現(xiàn)出無序排列，但在宏觀上卻能展現(xiàn)出一定的彈性和塑性?？蒲袌F隊通過精確控制熱處理過程，使得合金中形成了具有特定取向的兩種馬氏體晶種，這些晶種在應力作用下能夠無障礙地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌鄳B(tài)，從而實現(xiàn)了超低彈性模量和超大可恢復應變。

此外，DS-STG合金還展現(xiàn)出了優(yōu)異的抗疲勞性能。在進行了超過500萬次的循環(huán)加載測試后，合金仍然沒有出現(xiàn)疲勞破壞的跡象。這一特性對于需要長時間、高頻率運作的航空航天部件和機器人關節(jié)來說至關重要。

隨著這種新型合金的進一步研究和應用，我們有理由相信，變形飛機、超級機器人和人工器官等曾經(jīng)只存在于科幻小說中的概念，將會逐漸成為現(xiàn)實。這不僅是科技進步的體現(xiàn)，更是人類智慧的結晶。