世界不思議

日本團隊開發新合金,具室溫下最大拉伸彈性應變


即使承受一定程度壓力,金屬也可因彈性而彈回原本形狀,然而當金屬呈塊狀,彈性應變就會降至 1% 以下,比如不銹鋼彈性應變小於 0.2%。最近,日本東北大學團隊開發出一種塊狀銅基合金,在室溫下具有迄今為止最大的拉伸彈性應變值。

材料應變程度依據施加的應力大小而定,對大部分金屬來說,應力與應變的關係遵循虎克定律:σ = Eε,比例常數 E(Gpa 或 psi)稱為彈性模量(modulus of elasticity )或楊氏模數(Young’s modulus),該定律概括了物體彈性與所施加的應力(σ)成正比,想獲得較大彈性應變,材料也需要施加更多力。

然而高彈性與高強度往往無法在金屬與合金同時滿足,比如不鏽鋼,這種材料具極高抗拉強度,能承受高溫與腐蝕,從日常炊具、手術器具到太空原型火箭等都可見到不鏽鋼應用,然而不鏽鋼的彈性應變值 <0.2%。

事實上,這種情況也出現在多數金屬和合金上,它們於塊狀形式下彈性應變值都低於 1%(微觀尺度則可達約 10%)。

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不過日本東北大學團隊最近開發出一種新型銅基合金,不遵循傳統虎克定律,在室溫下具有迄今為止已知最大的拉伸彈性應變(>4.3%)。換句話說,這種材料即使承受少量應力也具有很高彈性,且非常堅固。

研究人員表示,新合金可以充當高恢復性的彈簧材料,也能應用於採用可拉伸電子設備、更貼合人體的先進醫療植入物等。

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新論文發表在《自然通訊》(Nature communications)期刊。

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