納米技術

       近期，韓國浦項科技大學 Hansoo Kim 發布在 Nature上的文章，Hansoo Kim 通過巧妙地在納米層級上控制鋼的結構，Kim制備出了一種與鈦合金同樣高強度，但更輕，而且價格僅是前者的十分之一的鐵合金。鐵合金與納米技術的融合已經不僅僅是概念了，讓我們來看看材料科學家如何玩轉科技，讓納米技術為我們帶來很多新材料。
 
       鋼鐵因其綜合性能高，價格低廉，從第一次工業革命以來，鋼鐵占據工業基礎結構材料寶座已經幾百年了。但是，在航空航、汽車等行業流行的輕量化進程中，鋼鐵因其密度較高的致命缺陷，地盤逐步地為鈦合金等輕合金所蠶食。
 
       但是，鋼鐵的價格優勢仍然非常明顯，（鈦合金每磅3美元，而鋼只有30美分）。所以，面對新的形勢要求，鋼要想守住自己的地盤，需要讓自己輕起來。
 
       要解決這個問題，材料科學家們首先想到的就是加入輕元素。鋁是一種輕元素，性質與鐵類似，低價且儲量豐富，也就首先進入了材料科學家的視線。可惜的是，鐵、鋁、碳的合金太脆而無法使用。即使加入錳元素有助于緩解這個問題，但仍然不能讓鋁鋼可以應用于汽車。現在，Kim博士領導的小組，發現加入第五元素——鎳，可以解決這個問題。
 
      從化學家的角度來說，合金是一種混合材料而非真正的化合物。但金屬有時會反應形成化合物，其中廣為人知的是B2 型金屬間化合物（兩種不同金屬元素相同比例組成的化合物）。在退火時，鋼的晶粒之間，鎳與部分鋁反應形成幾個納米范圍的B2晶體。
 
       B2 晶體抵御剪切應力，可以阻止微小的裂紋擴散到整個材料，從而達到強化的目的。再加上鋁帶來的輕質，新材料就成為一種比較理想的新型輕合金。
 
       當然，這種新材料的工業生產還存在很多問題，但全球最大的鋼企浦項制鐵對Kim 的成果表現了極大的興趣，并計劃在今年展開試驗并產業化。
 
      如果這一切成為現實，不但鋼鐵在汽車上的地盤不再被蠶食，說不定將來還會在天空中再次看到鋼制飛機。

責任編輯：溫蕊

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