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金屬力學(xué)超材料是由特定結(jié)構(gòu)單元在三維空間按一定規(guī)律排列而構(gòu)成的多孔金屬材料，也稱為金屬點陣材料，是新一代先進(jìn)輕質(zhì)高強(qiáng)材料。近日，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的顧劍鋒教授團(tuán)隊聯(lián)合澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)馬前教授團(tuán)隊，共同在《今日材料》期刊上發(fā)表了在該領(lǐng)域的最新研究成果。

研究組成功打印出密度為1.63g/cm3的鈦合金(Ti-6Al-4V)力學(xué)超材料，其屈服強(qiáng)度和最大壓縮強(qiáng)度分別達(dá)到308MPa和417MPa。

研究團(tuán)隊從單一變形機(jī)制的經(jīng)典Gibson-Ashby模型出發(fā)，建立了多變性機(jī)制(拉伸、彎曲和剪切)共同作用條件下的力學(xué)模型，該模型能有效地預(yù)測不同孔隙率的金屬力學(xué)超材料的強(qiáng)度和彈性模量，同時也適用于去合金納米多孔材料、微納尺度的金屬多孔材料和人體骨骼的天然多孔材料。此外，該模型可以指導(dǎo)實施對各變形機(jī)制的調(diào)控。該模型可謂是對Gibson-Ashby經(jīng)典模型從基本原理到應(yīng)用范圍的一個全方位拓展。更為重要的是，該模型從變形原理上拓展出一個設(shè)計輕質(zhì)高強(qiáng)金屬力學(xué)超材料的新概念。

研究團(tuán)隊以上述理論創(chuàng)新為基礎(chǔ)，成功打印出鈦合金力學(xué)超材料，其屈服強(qiáng)度和最大壓縮強(qiáng)度遠(yuǎn)高于同孔隙率或密度條件下文獻(xiàn)的各類金屬多孔材料或超材料的性能。比商用鎂合金WE54和AZ91更輕、更強(qiáng)，同時更耐蝕。有望在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)工程、空間和能源技術(shù)等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

研究人員表示，該工作的理論創(chuàng)新以及對不同設(shè)計方案的實驗驗證為后續(xù)設(shè)計開發(fā)各類輕質(zhì)高強(qiáng)金屬力學(xué)超材料提供了一個新的理論工具。

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