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8 种具有颠覆性特性的新材料

时间:2023-11-01   访问量:103

随着包括增材制造在内的新制造技术的进步,材料科学家正在开发具有令人惊叹的新特性的新材料,一旦商业化,将使当今许多尖端材料变得过时。以下是八个令人印象深刻的新材料公告,其中包括有史以来最难的材料。

 

1、镍碳硫合金


芝加哥大学的科学家创造了一种材料,其行为类似于塑料,但也是一种电导体。它由镍、碳和硫原子层组成,保持无序的分子结构。这种独特的结构和化学组合使其非常耐热、耐冷、耐湿和耐刺激性化学品。它也很容易在室温下制造。团队成员兼化学教授约翰·安德森将其比作导电橡皮泥,并指出它可以被粉碎到位并导电。

 

2. NASA合金GRX-810


NASA 科学家最近使用 3D 打印工艺开发了一种金属合金,可显着提高由该材料制成的零部件的强度和耐用性,从而获得更好、更持久的性能。它被称为“纳米级氧化物弥散强化(ODS)合金”,可以承受超过 2,000°F 的温度。该团队使用 3D 打印工艺将纳米级氧化物分布在整个合金中,这大大提高了其耐高温能力,使其成为理想的材料用于飞机和火箭部件。

 

3、高熵合金


科学家们创造了一种新材料,其韧性(抗永久变形能力)是有记录以来最高的。这种铬、钴和镍 (Cr-Co-Ni) 合金还具有极高的延展性。特别值得注意的是,随着合金温度的降低,其延展性和抗断裂性实际上会提高。这是因为 Cr-Co-Ni 属于一类称为高熵合金 (HEA) 的金属:每种组成元素的比例相等,从而在受力时具有更高的强度和延展性。

4、钴铬铝硅合金


日本东北大学研究人员发现的 一种新型超弹性金属合金可能是关节植入物的完美材料。髋关节或膝关节置换术中常见的镍和钛金属材料比骨头坚硬,会导致骨质流失;然而,植入物中的柔性材料会随着时间的推移而失去耐磨性。这种超弹性材料可以解决这两个问题——它像骨头一样弯曲,具有卓越的耐磨性,并且应变恢复率是市售镍钛合金的两倍。

 

5、碳纳米管泡沫


威斯康星大学麦迪逊分校的工程师设计了一种新型碳纳米管泡沫,可提供卓越的脑震荡保护。由这种轻质、超减震泡沫制成的头盔泡沫的能量吸收能力比目前美国军用战斗头盔衬垫中使用的泡沫高 18 倍。测试表明,垂直方向的碳纳米管紧密堆积在一起,可提供最有效的减震效果。 

 

6. 镍磷微晶格


加州大学的研究人员采用创新的制造工艺,创造了一种超轻金属微晶格 ,其中 99.99% 是空气。0.01% 的固体材料(镍磷合金)在纳米级进行了设计,形成了一个相互连接的空心管晶格,其管壁厚度仅为 100 纳米(比人类头发丝细 1,000 倍)。尽管重量轻,但该材料坚固、柔韧,并且能耐受高温、高压和振动。

7. 真菌泡沫


真菌泡沫蘑菇包装由两种天然成分(大麻果皮和菌丝体)制成,是一种高性能、防水、绝缘且完全可生物降解的材料,可与石油基和不可生物降解的塑料泡沫相媲美。例如,Evocative Design使用客户特定的尺寸生成 3D 模型(生长托盘),然后将其与成分一起包装。这些在 7 天内完全生长,用作运输材料,然后可以在 45 天内进行家庭堆肥。

 

8. 走出这个世界


材料科学家确实喜欢挑战。东北大学和剑桥大学的工程师最近宣布,他们已经创造出一种地球上自然不存在的材料。这种化合物是一种被称为四镍铁矿的镍铁合金,仅在陨石中发现,可以承受巨大的压力和温度。这些独特的特性非常适合用于先进机器应用(例如航天)的高端永磁体。当今使用的永磁体需要稀土元素,这会增加成本和风险。如果合成的辉长岩被证明可以在工业应用中发挥作用,那么就可以以更低的成本制造出与现有磁体一样好或更好的磁体。

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