由自然界中骨頭和竹子的結構得到啟示，研究者發現通過漸進的改變金屬的內部結構可以得到強度更高和韌性更好的材料（梯度材料）。這種材料將擁有廣泛的用途，從防彈衣到裝甲部件。
這幅圖展示了梯度結構的概念
近日，由自然界中骨頭和竹子的結構得到啟示，研究者發現通過漸進的改變金屬的內部結構可以得到強度更高和韌性更好的材料（梯度材料）。這種材料將擁有廣泛的用途，從防彈衣到裝甲部件。
朱云天（音譯）是北卡羅萊納州州立大學材料科學與工程方面的一名教授，也是兩篇關于這方面工作論文的資深作者。他說：“如果在顯微鏡下觀察金屬，你可以發現金屬是由成千上萬個緊密排列的晶粒組成的，這些晶粒的尺寸和配置方式都會影響金屬的物理特性”。武曉雷是中國科學院力學研究所的一名材料科學的研究員，是這兩篇論文的第一作者。他說：“金屬表面的小晶粒可以使金屬更硬，但是也會降低韌性，也就是說金屬的延性很差。但是如果我們慢慢的增加材料內部晶粒的尺寸，可以使金屬的韌性更好，在骨頭和竹子的橫截面也可以發現與晶粒尺寸變化和梯度結構分布相類似的情況。總的來說，小晶粒到大晶粒過渡的晶面使材料更強和更韌，在傳統的材料中這兩種特性是不能同時得到的。我們把這種材料結構稱為梯度結構，我們可以使用這種技術來定制金屬的性能。
武研究員和朱教授合作測試了不同金屬的梯度結構。這些金屬包括銅，鐵，鎳和不銹鋼。這種技術提高了這些金屬的性能。研究團隊也在無間隙原子鋼（IF鋼）中測試了這種技術。這種鋼有一些工業的應用。如果將傳統的IF鋼強度提高到450MPa，韌性會很差。這種鋼的延性將降到5%。這是不安全的。低的韌性意味著材料會發生脆性斷裂，如突然從中間斷開。高韌性材料拉伸性能好，意味著在材料發生破壞前，可以給人們更多的時間去對損傷做出反應。研究者制作了一種梯度結構的IF鋼，具有500MPa的強度和足夠的韌性，即能夠具有自身長度20%的延性。
研究人員也對使用梯度結構的方法讓材料更耐腐蝕，耐磨損和具備更好的抗疲勞性能感興趣。武研究員說：“我們認為這是一個令人興奮的材料研究領域，因為這種技術能夠被大量應用，能夠很簡單便宜的結合到工業中去”。
