用于航空航天金屬玻璃材料

來(lái)源：搜狐科技

研究人員開(kāi)發(fā)出一種新的非晶態(tài)金屬鈦硫合金，這種合金也稱為金屬玻璃，其性能與常規(guī)鈦合金完全不同，特別適合用作航空航天的輕質(zhì)部件。

材料研究類似于數(shù)以千計(jì)的拼圖游戲，如果沒(méi)有找到合適的開(kāi)始部分，要想獲得完整的圖片就非常困難。研究人員經(jīng)過(guò)多年實(shí)驗(yàn)，終于研制出一種強(qiáng)度非常高而又非常輕的合金。

與目前的無(wú)定形金屬材料相比，該合金具有許多優(yōu)點(diǎn)：原料來(lái)源豐富，主要由鈦和硫組成，與其他基于鋯、鈀或鉑非晶態(tài)金屬不同，鈦相對(duì)廉價(jià)，而且鈦硫合金不會(huì)像通常使用的鈹磷合金那樣有高毒性。

以往沒(méi)有人嘗試用硫磺來(lái)做合金，本研究率先選擇了硫作為不同金屬的混合物。研究人員介紹說(shuō)，他們首先發(fā)現(xiàn)了一種具有良好性能的含鈀和鎳的硫合金，然后又拿質(zhì)量更輕、更便宜的鈦?zhàn)鲈囼?yàn)。經(jīng)過(guò)約250次實(shí)驗(yàn)，終于找到了鈦、硫和其他元素相互結(jié)合的最佳配比。尋找配方的過(guò)程非常復(fù)雜，一種元素用量1%的差異，對(duì)于一種合金是否具有所需特性起決定性作用。在相同重量下，新開(kāi)發(fā)出的鈦硫合金強(qiáng)度大約是普通相同密度的鈦基金屬的兩倍。因此，它是生產(chǎn)更輕、更小部件的理想材料。

這種所謂金屬玻璃的生產(chǎn)工藝也相當(dāng)關(guān)鍵，因?yàn)椴牧先垠w要在1100℃以上的高溫下被急速冷卻，這樣不會(huì)形成規(guī)則晶格的合金。熔體在不到一秒鐘內(nèi)冷卻，凝固的熔體呈現(xiàn)無(wú)序原子結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)狀態(tài)也被視為玻璃。混亂無(wú)序的結(jié)構(gòu)使得金屬玻璃的性能與傳統(tǒng)的相同原材料合金相當(dāng)不同，像鋼一樣堅(jiān)固，但同時(shí)像塑料一樣具有彈性。

提高充電電池容量壽命新負(fù)極材料

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

日本的一個(gè)研究小組成功合成了氧化錳納米片和石墨烯交替重疊的材料。該復(fù)合材料作為鋰及鈉離子充電電池的負(fù)極材料，可將電池充放電容量提高兩倍以上，且能延長(zhǎng)重復(fù)使用壽命，解決了容量和壽命不可兼得的問(wèn)題。

高容量化是二次電池的目標(biāo)之一，目前其負(fù)極使用的是碳材料，理論上過(guò)渡金屬氧化物具有高容量，有望成為碳材料的替代物。特別是具有分層結(jié)構(gòu)的氧化錳，將其剝離制成單分子厚的納米片，作為負(fù)極使用，表面全部呈活性，可大幅提高容量。但氧化錳的難點(diǎn)在于反復(fù)充放電容易破壞結(jié)構(gòu)，納米片也易于凝聚成團(tuán)狀。

研究小組在溶液中分散氧化錳納米片并與石墨烯混合，合成了交互多層的層壓復(fù)合材料。氧化錳與石墨烯都帶負(fù)電，通常情況下會(huì)互相排斥。研究小組早在2015年通過(guò)化學(xué)修飾石墨烯使其帶正電，解決了排斥問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了當(dāng)時(shí)金屬氧化物負(fù)極材料中最高容量和最長(zhǎng)壽命。

此次通過(guò)把兩種物質(zhì)從分子水平復(fù)合，得到了單獨(dú)材料難以實(shí)現(xiàn)的高特性。復(fù)合材料除用于充電電池之外，還可大幅提高超級(jí)電容器、電極催化劑等能量?jī)?chǔ)存及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效能。

陶瓷多功能化新材料“白色石墨烯”

來(lái)源：粉末冶金商務(wù)網(wǎng)

科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，在陶瓷中加入很少量的氮化硼會(huì)使材料得到更加優(yōu)異的性能。

在碳酸鈣層之間滲入一層超薄六方氮化硼（hBN），這可能會(huì)形成一種有趣的具有多功能特性的雙層晶體。這種新材料可適用于核工業(yè)、耐火材料、石油、天然氣、航空航天和其他需要高性能復(fù)合材料的領(lǐng)域。

這種新的結(jié)合材料使陶瓷不僅堅(jiān)韌耐用，而且耐高溫和輻射。通過(guò)Shahsavari的計(jì)算，插層二維hBN的碳酸鈣足夠堅(jiān)固，可以用在核電站中起屏蔽作用。

這項(xiàng)研究發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊《應(yīng)用材料和界面》上。

二維hBN材料又叫白色石墨烯，它看起來(lái)像在石墨烯上面與六邊形形成超薄平面。但與石墨烯不同的是，它是由交替的硼和氮組成，而不是碳原子。

棉花廢棄物可制成多功能氣凝膠

來(lái)源：科學(xué)網(wǎng)

新加坡國(guó)立大學(xué)的研究人員已經(jīng)研究出一種低成本、快速環(huán)保地利用棉制織物廢料的方法。例如研究人員可以將廢棄的服裝變成高度可壓縮和超輕型棉花氣凝膠，使其具有多種應(yīng)用性。

氣凝膠是世界上最輕的材料之一，它具有非常多的孔,因此有很大的吸收能力和低導(dǎo)熱性。這些特性使其在漏油清理，個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品（如尿布）以及熱量和聲音方面具有很好的應(yīng)用。最近國(guó)大研究人員還表示，它們能夠有效控制大出血并保持軍用水瓶的冷卻。

深度滲透?jìng)诨驑寭舻刃袨闀?huì)使血液迅速流失，這可能會(huì)危及生命。目前使用注射器里充滿了用殼聚糖（一種衍生自促進(jìn)血液凝固的甲殼類動(dòng)物殼的天然劑）包裹的纖維素海綿膠囊用于控制大出血。注射器放置在傷口內(nèi)部，膠囊在擴(kuò)張的位置被排出，并對(duì)傷口施加內(nèi)部壓力以阻止血液流動(dòng)。

研究人員開(kāi)發(fā)了一種可壓縮的混合棉花氣凝膠顆粒，該顆粒對(duì)深度出血傷口更有效，而且能解決顆粒緩慢擴(kuò)張與控制出血相關(guān)的吸收率問(wèn)題。

這種顆粒由棉和氣凝膠的最佳混合物組成，并覆蓋在殼聚糖上。它們制造起來(lái)簡(jiǎn)單且成本低廉，當(dāng)納入臨床注射器時(shí)可以容易地用作出血控制裝置，而且由于顆粒具有生物相容性，因此它們可以安全地用于治療。

在保持其結(jié)構(gòu)完整性的同時(shí)，每個(gè)棉花氣凝膠顆粒可在4.5秒內(nèi)膨脹至原尺寸的16倍，它膨脹的是比現(xiàn)有纖維素基海綿快3倍以上。棉花氣凝膠的獨(dú)特形態(tài)使其具有更大的吸收能力，而可壓縮性使材料能夠更快地膨脹從而對(duì)傷口施加壓力。

棉花氣凝膠也被應(yīng)用于軍隊(duì)中水壺的輕質(zhì)保暖套。水壺是士兵生存裝備的關(guān)鍵，它攜帶液體用于補(bǔ)充水分和抵抗熱傷害。水壺可以保持一公升水的涼爽時(shí)間通常約30分鐘，但是這個(gè)保暖套能允許一個(gè)冰漿,碎冰和水,保持在0.1到1°C超過(guò)四個(gè)小時(shí)。

該水壺套嵌入了常用織物中的棉氣凝膠層，約重200克，與商用絕緣水瓶相比，它具有更好的隔熱性能。

新型棉花氣凝膠的隔熱性能也可應(yīng)用于各種消費(fèi)品，如冷藏袋，可以保持食品新鮮。我們也預(yù)見(jiàn)到其他巨大潛力的高價(jià)值應(yīng)用，如管道絕熱和液化天然氣的在低溫下的儲(chǔ)存運(yùn)輸。

該研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，棉花氣凝膠可以很容易地被壓縮，并且在放入水中時(shí)可以快速恢復(fù)97％的原始尺寸。

研發(fā)的這種新型環(huán)保棉花氣凝膠是在以前使用廢紙研發(fā)的氣凝膠基礎(chǔ)上的一項(xiàng)重大改進(jìn)。它具有高度的可壓縮性，因此可以大大降低儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本。此外，這些棉花氣凝膠可以在八小時(shí)內(nèi)完成生產(chǎn)，這比我們?cè)缙诘陌l(fā)明快九倍，比現(xiàn)有商業(yè)制造工藝約快20倍。它們也更強(qiáng)大，更適合大規(guī)模生產(chǎn)。雖然已經(jīng)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)棉花氣凝膠可以有效控制出血和隔熱，但我們將繼續(xù)探索這種先進(jìn)材料的其他新功能！

能吸收超高頻輻射新材料

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

科研人員研究出一種獲取磁鐵礦空心細(xì)顆粒（鐵的氧化物變種）粉末的快速經(jīng)濟(jì)方法，用以制造吸收超高頻輻射的材料。利用這種材料，可以生產(chǎn)軍事裝備的外殼，使其對(duì)雷達(dá)隱身，并保護(hù)它不受電磁輻射；也可用來(lái)保護(hù)光纜和其他IT設(shè)備，在高速傳輸數(shù)據(jù)時(shí)不受高頻干擾。

研究人員介紹說(shuō)：“磁鐵礦微粒子擁有獨(dú)特的電磁特性，使上述材料在被用作超高頻輻射吸收劑方面具有前景。”

研究人員利用一種獨(dú)特的等離子體加速器裝置，可在一毫秒內(nèi)獲得不同的鐵氧化物粉末，而其他化學(xué)技術(shù)需要一個(gè)晝夜到3個(gè)星期。這種方法還能節(jié)約資源，生產(chǎn)過(guò)程僅耗電費(fèi)5盧布左右。

此外，有證據(jù)顯示，涂抹含有該粉末的藥膏還能改善凝血，未來(lái)可能成為白血病患者的福音。

含碳纖維的高溫3D打印復(fù)合聚合物材料

來(lái)源：3D打印世界

研究人員開(kāi)發(fā)高溫3D打印復(fù)合聚合物材料，成功地3D打印出耐300°C高溫的增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料部件。測(cè)試所用的材料是含有碳纖維線材的高溫?zé)峁绦詷?shù)脂，具有高強(qiáng)度、耐久性和輕量級(jí)等特點(diǎn)。

研究人員表示，這是復(fù)合材料增材制造領(lǐng)域的一個(gè)非常有影響力的突破。這些3D打印部件可承受高于300攝氏度的溫度，可用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)更換部件或發(fā)動(dòng)機(jī)排氣周圍的高溫區(qū)域。

碳纖維增強(qiáng)聚合物的強(qiáng)度與某些金屬的強(qiáng)度相似，且重量較金屬材料輕。對(duì)于空軍而言，輕型替代品是非常吸引人。復(fù)合材料可以打造出更輕的飛機(jī)，有助于增加飛機(jī)航程，優(yōu)化燃料消耗并最終削減成本。

據(jù)研究人員介紹，激光燒結(jié)工藝中使用中聚合物粉末遇到了許多挑戰(zhàn)。如使用非增強(qiáng)的聚合物粉末，打印出來(lái)的部件在后處理測(cè)試中會(huì)很容易融化掉。但在聚合物中添加碳纖維填料時(shí)，結(jié)果會(huì)有明顯改善。這種技術(shù)能夠3D打印高溫聚合物復(fù)合材料部件，甚至可能制造出有史以來(lái)“最高溫度”聚合物復(fù)合材料部件。

研究人員表示高溫材料的加工非常困難且費(fèi)用昂貴。事實(shí)上，高溫3D打印材料對(duì)空軍有很大的用處，不僅具有成本效益且耐用，更為重要的是其重量輕。但由于這類材料通常用于軍事特定應(yīng)用，因此供應(yīng)商并不多。這類材料將有望成為整個(gè)行業(yè)“革命性”的突破。 

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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