3D列印超材料比最強航空合金還堅固  強度增加50%

編譯/高晟鈞

拓撲材料」(Topological material)是一個新的專有名詞,泛指電子結構具備特殊拓撲特性的物質,是凝聚態物理領域中極為重要且熱門的研究課題之一。近年來,使用拓樸概念解釋材料特性的範式轉變,已革新凝聚態物理的思想,並傳播到了許多其他領域,包括光學、光子學、聲學和其他力學系統。

皇家墨爾本理工大學的研究人員近日用普通的鈦合金創造了一種新的超材料,經測試表明,比目前航太應用的最強合金強度還要高上了50%。

近日研究人員用鈦合金創造了一種新的超材料,比目前航太應用的最強合金強度還要高上了50%。圖/截取自 ScitechDaily

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超材料

超材料(Metamaterial)被用於描述不存在於自然界中,具備獨特性能的人造材料,它們的奇特性質,主要源自於其精密的幾何結構與尺寸大小。

這種新型鈦合金超材料最初靈感來自大自然中的睡蓮和珊瑚等堅固的空心生物,然而數十年來,在金屬中複製這種輕盈卻堅固的特殊「蜂窩性」結構卻始終受挫,主要是因為對大多數拓樸結構來說,通常只有整體材料的一半被用於承受壓力。

3D列印提供的解答

對此,3D列印為這些問題提供了解答。研究團隊設計了一種空心管狀晶格結構,可以更均勻地分布應力,進而提高結構穩定性與強度。測試表明,鈦晶格立方體的設計,比鑄造現今應用於航太業的最強合金鎂合金WE54的強度還要高上50%。

主要作者Jordan Noronha表示,他們可以使用不同印表機製造從毫米到幾公尺大小的結構。這種3D列印在強度、生物相容性、抗腐蝕性和耐熱性的優秀性能,使其成為從骨植入物到火箭和飛機零件等應用的潛力候選者。

該團隊目前正計畫改進該材料以實現最大效率,並探索在更高溫度環境中的應用。目前該材料的耐熱達攝氏350度,但研究團隊相信,使用更耐熱的鈦合金將提高其耐熱溫度達攝氏600度,滿足航太與消防無人機的標準。

由於製造這種新材料的技術尚未廣泛應用,在行業中採用可能需要一些時間,不過基於其目前的表現,更好的航太材料指日可待。

資料來源:ScitechDaily

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