蓋世汽車 在設(shè)計(jì)包含金屬在內(nèi)的機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，工程師面臨的最大問題可能就是氧化。這種化學(xué)反應(yīng)會(huì)形成銹蝕或引發(fā)其他問題，從而影響設(shè)備的效率或壽命。增材制造金屬的應(yīng)用廣泛涉及航空航天、海洋和汽車設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，但這種金屬在腐蝕環(huán)境中更容易失效。與傳統(tǒng)制造金屬相比，3D打印工藝會(huì)增加孔隙率。

（圖片來源：賓漢姆頓大學(xué)）

如果有一種方法可以通過氧化使金屬更堅(jiān)固呢？這是賓漢姆頓大學(xué)（Binghamton University）托馬斯·J·沃森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science）新研究背后的想法。

最近，沃森學(xué)院機(jī)械工程系教員Changhong Ke教授獲得了美國國家科學(xué)基金會(huì)探索性研究早期概念資助（EAGER）項(xiàng)目的15萬美元資助。該資金旨在支持未經(jīng)測試但可能具有變革性的研究思路或方法。

據(jù)外媒報(bào)道，Ke教授將探討把納米管添加到增材制造鋁中的潛力。他認(rèn)為，由氮化硼（一種通常用于化妝品、鉛筆芯和牙科膠接劑的化合物）制成的微觀結(jié)構(gòu)可以使這種材料在潮濕和海水等腐蝕性條件下實(shí)現(xiàn)自我增強(qiáng)。

Ke教授表示：“你無法避免氧化，所以研究人員試圖利用它，把它變成新的強(qiáng)化機(jī)制，從而使材料更堅(jiān)固。這將是一件令人驚嘆的事情。人們可以嘗試設(shè)計(jì)包含這些孔隙的材料，甚至有目的地引入更容易氧化的結(jié)構(gòu)，因?yàn)檠趸瘜?duì)材料本身有益而不是有害。”

貫穿金屬的納米管有幾納米厚，幾到幾百微米長。為了解氧化如何改變納米管與金屬結(jié)合的方式（這是自我強(qiáng)化機(jī)制的核心問題），Ke及其在納米機(jī)械實(shí)驗(yàn)室（Nanomechanics Laboratory）的團(tuán)隊(duì)將使用力傳感器，在高分辨率掃描電子顯微鏡內(nèi)將單個(gè)納米管從氧化金屬中拉出來，以進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。他表示：“我們把它設(shè)計(jì)成三明治結(jié)構(gòu)。這就像是一個(gè)熱狗，納米管是肉，金屬是面包?！?/p>

研究人員還將從宏觀尺度測試該材料，觀察負(fù)載轉(zhuǎn)移，以進(jìn)一步了解氧化如何影響納米管增強(qiáng)金屬的剛度、強(qiáng)度和韌性。了解各種自我強(qiáng)化是如何發(fā)生的，具有重要意義。因此，伊利諾伊大學(xué)（University of Illinois）的合作者將通過計(jì)算建模來證實(shí)Ke的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

Ke表示：“我們希望這可以為科學(xué)界提供新的視角，以了解如何從未來的材料設(shè)計(jì)角度來看待金屬氧化。這可能會(huì)改變這些金屬材料的研究前景，尤其是3D打印金屬，在不同領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景?！?/p>

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