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史上最強鎂合金，中國專家在行動！

2017-05-17 09:24:45 作者：本網整理來源：材料人分享至：

本期為大家介紹2017年5月4日的nature封面。少啰嗦，先上圖！

這是一個Mg合金薄膜的藝術照，所用設備是TEM。觀其骨骼驚奇，外亮內暗，或有玄機。恭喜你，答對了。這個Mg合金的結構如圖所示：

什么叫合金呢？

合金，是由兩種或兩種以上的金屬與金屬或非金屬經一定方法所合成的具有金屬特性的物質。一般通過熔合成均勻液體和凝固而得。

那個Y又是什么呢？

即是釔，讀三聲，是一種稀土元素。Y全名叫Yttrium，是拉丁文，它不是一枚沒有故事的女同學。1788年，瑞典軍官Karl Arrhenius在斯德哥爾摩附近的一個小鎮Ytterby發現了一種黑色礦石，外觀像瀝青。Arrhenius認為自己發現了一種新礦石，將其命名為Ytterbite，并將樣品交給了一些化學家。芬蘭的Johan Gadolin發現其中含有一種當時未知的金屬氧化物。Anders Gustaf Ekeberg確認了Gadolin的發現，并將其命名為yttria。沿襲下去，變成了現在的大名Yttrium。

請問什么叫稀土元素呢？

稀土元素是指鈧、釔和全部鑭系元素。因其在地殼中含量稀少，且其氧化物之性質與氧化鈣等土族元素相似，故而得名。

那么什么叫強度呢？

強度，指材料在外力作用下抵抗破壞（變形和斷裂）的能力。

強度問題十分重要，許多事故都是由于強度不夠造成的。泰坦尼克號遭遇冰山撞擊而斷為兩截；二戰時，美軍的 Liberty 貨船在低溫海域事故頻發，船體也是斷為兩截；哥倫比亞號航天飛機的失事，是因為一小塊保溫泡沫塑料脫落后砸到了機翼上；汶川地震時，廢墟中屹立不倒的希望小學，即是強度足夠的功勞。

大家注意看校名，對，就是劉漢劉維那位。感興趣的請自行百度。

說起強度，七個隆冬就捎帶著說說硬度，看官或許對兩個概念有點模糊。

硬度，指材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力。硬的東西可以在軟的東西表面刻出劃痕，反之卻不行。鉆石可以在石頭表面刻出劃痕，我們就說鉆石比石頭更硬。我們平時說的軟和硬就是指的這個概念。石頭是硬的，水是軟的，蜘蛛絲也是軟的。鉆石是自然界中最硬的物質，但是可以被錘子擊碎喔。鉆石恒久遠，遠離錘子會更久。其中原理，日后會專門論述。

此處放動圖，錘子擊碎鉆石

那么問題來了，nature這個Mg合金為什么強度那么大呢？封面的文字告訴我們，這是一種是雙相材料，其強度接近理論極限。

結構決定性能，學化學的小伙伴對此一定不陌生。

納米材料相比于傳統塊狀材料，往往具有意想不到的獨特性質。金屬也不例外，通常情況下，納米金屬材料強度遠高于傳統金屬材料。但是，隨著尺寸進一步減小，材料會出現軟化現象，這歸因于反霍爾-佩奇效應（單相納米晶合金）和剪切帶（單相金屬玻璃）的形成，也是材料的強度極難達到其理想強度（彈性模量E的1/10或1/20）的原因。該封面文章的Mg合金強度高達3.3GPa，接近了彈性模量E的1/20，是一個非常了不起的成就。

霍爾-佩奇效應由霍爾和佩奇兩個人于20世紀50年代中期提出，晶粒尺寸越小，材料強度越高。但是若晶粒尺寸減少到納米尺度，比如小于10nm時，會出現反霍爾佩奇效應，即隨著尺寸繼續減小，材料強度降低。

作者的高明之處就在于將納米晶嵌入非晶納米金屬玻璃中，制得一種新型鎂基雙相納米合金材料，并將其命名為超納米雙相玻璃－晶體結構。