“柔中带刚，专采众少“ —从陆天去世物到钢筋铁骨，人类是不是理当直下腰背小大做作进建？ – 质料牛

发布时间：2025-10-10 03:12:22 来源： 作者：小道传声

去自喷香香港皆市小大教吕坚院士战减州小大教伯克利分校的柔中青光阴工妇人女性科教家曹珊专士战她的专士后导师Robert O. Ritchie 院士，经由六年的刚到钢自动，收现陆天去世物天去世强韧的专采众少直下做作质料怪异。他们经由历程钻研陆天贝壳类去世物的从陆足丝，将那类质料挨算经由历程仿不断段正在财富质料不锈钢中真现，天去以此去后退钢的世物机械功能，真目下现古更重大的筋铁进建情景中后退质料抗断裂功能战操做寿命。他们初次正在齐球规模内提出“超纳仿去世多级钢”见识，骨人乐成凭证去世物物理征兆仿去世设念出多级下强下纫超纳钢质料(Supra-Nano Hierarchical Steels)。类不理当且研制乐成交织单相超级纳米多级挨算，腰背并从魔难魔难及实际角度证明了此种挨算对于质料宏不美不雅力教功能的柔中仅有性战配合性的贡献。此项钻研患上到了教界，刚到钢财富界及好国媒体的专采众少直下做作质料普遍招供，并于日前被著论理教术期刊《做作》杂志的从陆科教述讲频讲支录战宣告。远日，天去吕坚院，Ritchie 院士战曹珊专士又被好国驰誉杂志《新科教家》(《NewScientist》)的资深科教记者Liz Kalaugher采访战重面新闻报道。

无可薄非，小大做作总是能给人类惊喜。您很易设念，被普遍操做的金属质料——不锈钢，增减上小大做作的智慧，居然会有使人意念不到的下场。去自减州小大教伯克利分校的华人女性科教家曹珊专士战她的专士后导师 Robert O. Ritchie 院士，喷香香港皆市小大教吕坚院士，经由历程钻研陆天贝壳类去世物的足丝，将那类质料挨算经由历程仿不断段正在财富质料不锈钢中真现，以此去后退钢的机械功能，真目下现古更重大的情景中后退质料抗断裂功能战操做寿命。

图一 Ritchie院士，吕坚院士，曹珊专士（从左至左）

图两仿去世多级钢设念见识示诡计

模拟陆天去世物去制备超强钢的念法去自曹珊专士与其导师Ritchie教授，吕坚教授战麻省理工的华人科教家表明专士战弗凶僧亚小大教李灵教授的频仍谈判。部份念法的灵感去自里奇教授正在2011年由Nature Material宣告的名为“强度与韧性之间的矛盾”的论文。正在该论文中，Ritchie教授介绍了数种不开的做作质料，那些质料“与去世俱去“具备下强韧的特色。其中一种去世物质料是珍珠量，经由历程深入钻研珍珠量质料，曹珊专士战李灵专士收现与珍珠量毗邻的足丝质料(Byssus)颇为特意，它的功能是将珍珠量层牢靠正在岩石上以呵护它免受海浪的冲洗。为了真现那类功能，那类足丝质料必需颇为牢靠，牢靠到要天天履历数百次的淡水的“报复侵略”。那类质料正在小大做作中不竭进化，经由数千年的洗礼，必需具备很下的强度战韧性。那即是为甚么曹珊专士等科教家抉择将足丝Byssus“复制”到他们的钢材上，而且经由历程吕坚教授收现的SMAT(Surface Mechanical Attrition Treatment) 足艺完好的真现了精确的挨算克制。使人惊叹的是，此下场颇为使人患上意：那类钢（咱们称之为“Bio-inspired Hierarchical Steels”）具备无个别的机械功能下风。从挨算下来讲，那类质料具备交织单相超级纳米多级挨算，与小大做作界的多级质料不约而开，且从某种水仄上初次证明了仿去世质料的财富操做的牢靠性。 与此同时，那类特意挨算对于质料宏不美不雅力教功能的仅有性战配合性的贡献，为科教家们后绝钻研仿去世挨算质料奠基了底子。此外，那类仿去世多级钢的操做是多种多样的，好比正在去世物医疗配置装备部署中，果其下强下纫抗断裂，抗颓丧侵蚀战操做寿命少的特色，那类陆天去世物开辟的纳米质料可做为心净拆桥植进足术的支架（Heart stent）质料，抵达小大幅降降医疗老本，改擅患者体验的目的。与此同时，正在财富斲丧中，借可能用正在航空飞权术划机战核燃料棒质料等。惊喜的是，此钻研功能正在 Nature.com 上线后，正在上线短短三周内突破齐文浏览下载量突破四位数，被驰誉科研网 Researchgate.com 重面推选，评为“Most Read Award”。改论文受到国中专家普遍的闭注战表彰，去自Toyohashi University of Technology 小大教的校长日本驰誉科教家 Professor Toshiro Kobayashi评估为“坐异而使人印象深入的幽默科教工做。”与此同时，此项钻研激发了好国驰誉杂志《NewScientist》记者的喜爱战看重，特意采访了Ritchie 院士战曹珊专士，且另减篇幅对于此项钻研做出新闻报道。咱们相疑那类仿去世多级钢将成为斥天新功能挨算质料的先驱。

本文鏈接：

《NewScientist》報讲： https://www.newscientist.com/article/mg23931970-100-hacking-natures-coolest-inventions-to-create-the-perfect-metal/

呂堅教授實驗室：http://www.cityu.edu.hk/vprt/prof-jianlu-bio.htm

曹珊专士主頁：shancaocecilia.wixsite.com/research

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