由自然界中骨頭和竹子的結(jié)構(gòu)得到啟示，研究者發(fā)現(xiàn)通過漸進(jìn)的改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以得到強(qiáng)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(jié)構(gòu)的概念

　　

　　近日，由自然界中骨頭和竹子的結(jié)構(gòu)得到啟示，研究者發(fā)現(xiàn)通過漸進(jìn)的改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以得到強(qiáng)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(xué)材料科學(xué)與工程方面的一名教授，也是兩篇關(guān)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(fā)現(xiàn)金屬是由成千上萬個(gè)緊密排列的晶粒組成的，這些晶粒的尺寸和配置方式都會(huì)影響金屬的物理特性”。武曉雷是中國科學(xué)院力學(xué)研究所的一名材料科學(xué)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(huì)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(nèi)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(fā)現(xiàn)與晶粒尺寸變化和梯度結(jié)構(gòu)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(qiáng)和更韌，在傳統(tǒng)的材料中這兩種特性是不能同時(shí)得到的。我們把這種材料結(jié)構(gòu)稱為梯度結(jié)構(gòu)，我們可以使用這種技術(shù)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(jié)構(gòu)。這些金屬包括銅，鐵，鎳和不銹鋼。這種技術(shù)提高了這些金屬的性能。研究團(tuán)隊(duì)也在無間隙原子鋼（IF鋼）中測試了這種技術(shù)。這種鋼有一些工業(yè)的應(yīng)用。如果將傳統(tǒng)的IF鋼強(qiáng)度提高到450MPa，韌性會(huì)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(huì)發(fā)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(fā)生破壞前，可以給人們更多的時(shí)間去對(duì)損傷做出反應(yīng)。研究者制作了一種梯度結(jié)構(gòu)的IF鋼，具有500MPa的強(qiáng)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(duì)使用梯度結(jié)構(gòu)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(rèn)為這是一個(gè)令人興奮的材料研究領(lǐng)域，因?yàn)檫@種技術(shù)能夠被大量應(yīng)用，能夠很簡單便宜的結(jié)合到工業(yè)中去”。