據(jù)外媒《伊朗日報》4月5日報道，美國麻省理工材料的科學家們通過研究骨頭的微型結構，模仿骨頭開發(fā)出一種新鋼材。即便受到反復應力，它也比傳統(tǒng)鋼材堅持更久，不會開裂，可以用來建造橋梁和摩天大樓。相關研究論文已經(jīng)發(fā)表于3月份的《科學》雜志上。

  普通鋼鐵有一個弱點，就是內(nèi)部容易產(chǎn)生微觀裂縫，鋼材整體有斷裂傾向。例如，一座橋在日常交通高峰期時，會遭遇多部車輛循環(huán)碾壓的應力，因此內(nèi)部會產(chǎn)生不明顯的裂縫，但不會被立即察覺，而是逐漸擴大，直到鋼材崩壞才被發(fā)現(xiàn)。只要制造鋼材的方式不變，這種金屬疲勞會一直存在，為建筑安全帶來極大隱患。

  相比之下，骨頭則不同，有相同承重的骨頭只有鋼鐵重量的1/4到1/5。研究表明，雖然骨頭的主要成分是脆弱的礦物質，但它的內(nèi)部纖維尺寸微小，且結構呈垂直排列，內(nèi)部能形成較大氣缸，抗裂性更強。麻省理工的冶金學家塔桑引導研究團隊，模仿骨頭的結構，開發(fā)出新型鋼鐵，能夠避免金屬疲勞。

  塔桑的研究結果證明，有鐵素體-滲碳體珠光體鋼結構和馬氏體-奧氏體相變誘導彈性鋼結構兩種，比較接近骨頭的天然結構。其中，前者能夠讓裂縫停止于發(fā)生層上，而后者卻能通過晶體在不同穩(wěn)態(tài)下的變換，吸收裂縫擴散的能量，甚至使其復原。在這兩種結構中，裂縫都無法沿直線生長，隨著接觸面積越大，與周圍材料的摩擦越大，從而無法擴張。

  研究人員綜合兩種結構的優(yōu)勢，采用輕薄不同、結構交錯的納米晶體來制造新鋼材，其內(nèi)部層狀結構僅有100至300納米寬。這種鋼材只有少部分會出現(xiàn)結構不穩(wěn)定、受壓變形的情況，抗裂性比用于制造汽車外殼的鋼材還好。普通汽車鋼材的疲勞壽命為10至100千周，而新鋼材的疲勞壽命可達10000千周。研究者指出，這種新鋼材在投入使用之前需要更多測試，而由此建立起的測試原則也同樣適用于其他混合成分制成的金屬。

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責任編輯：王元

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