科學家研製新型鋁合金材料 比鋼還硬！

鋁合金是一種很不錯的輕量級材料，許多軟飲料都喜歡用它製作易拉罐。不過鋁合金的缺點也很明顯 —— 太脆了。 好消息是，普渡大學的研究人員，已經開發出了一種新型的鋁合金材料。通過在金屬的晶體結構中引入「斷層」（faults），這種「缺陷」竟然可以極大地提升材料強度。 除了讓新型鋁合金的強度比肩不鏽鋼，這項特性也可用於耐腐蝕塗層。

從微觀層面上來講，金屬就是一層層重複堆疊起來的晶體原子組成的。當某一層的模式缺失時，就會遭致「堆垛層錯」（stacking fault）。

如果有兩個斷層，則被稱作「雙邊界」（twin boundaries）或「納米孿晶」（nanotwins）。若達到了 9 層，就被稱作「9R 相」。

有趣的是，這些堆疊起來的斷層竟然能夠讓材料強度變得更高。有鑒於此，普渡大學的研究人員們希望同時將「納米孿晶」和「9R 相」兩種特性包含進去。

難度在於， 金屬有一個「高堆垛層錯能」（high stacking fault energy），即材料會傾向於「自我糾錯」。 兩項新研究作者 Xinghang Zhang 表示：

此前有人證實了鋁材料很難引入『雙邊界』，而『9R 相』的引入就更難了，因為它的『堆錯能』太高了。

即便如此，他們還是克服了難題，將兩項特性引入到新型鋁材中，在增加材料的強度和延展性的同時，還改善了它的熱穩定性。

為了在新型鋁材中引入「9R 相」，科學家們使用了兩項不同的技術。其一是「衝擊誘發」（shock-induced），即利用激光來轟擊超薄鋁片和二氧化硅粒子。

論文一作 Sichuang Xue 稱： 「我們發現，該技術可誘發寬度達到數十納米的『9R 相』形變」 。第二項技術則是「磁控濺射」（magnetron sputtering）。

該工藝可以可將鐵原子引入鋁的晶體結構中，從而打造出迄今為止強度最高的鋁合金材料。研究團隊稱，該工藝可以拓展至工業化生產的規模。

新技術有望在電子設備和車輛的耐腐蝕塗層領域得到應用。 Xinghang Zhang 表示：「這些結果展示了如何製造強度比肩不鏽鋼的鋁合金材料，該發現對商業有著很多的潛在影響」。

有關「衝擊誘發」研究的詳情，已經發表在近日出版的《自然通訊》（ Nature Communications ）期刊上。

至於「磁控噴濺」研究的詳情，則發表在近日出版的《先進材料》（ Advanced Materials ）期刊上。

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