近日，西安交通大學(xué)前沿科學(xué)技術(shù)研究院及金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室多學(xué)科材料研究中心博士生徐治志等人成功研發(fā)出一種可規(guī)模生產(chǎn)的奇異金屬，突破了長期以來高柔性和高強(qiáng)度不可兼得的原理性瓶頸，實(shí)現(xiàn)了兼具高分子材料的超高柔性和超高強(qiáng)度鋼的超高強(qiáng)度。

　　該特性能夠在-80℃到+80℃的寬溫域內(nèi)保持，同時該金屬合金在大應(yīng)變下仍具有出色的抗疲勞特性。這些優(yōu)異特性可望使得該合金在變形飛行器、超級機(jī)器人、人工器官等未來技術(shù)領(lǐng)域得到重要應(yīng)用。該研究成果9月4日在Nature在線發(fā)表。

　　變形飛機(jī)、機(jī)器人的超強(qiáng)人工肌肉等一大批未來技術(shù)亟待一類全新金屬材料的出現(xiàn)，它既能像超高強(qiáng)度鋼一樣強(qiáng)，又能像高分子材料一樣柔順。然而，這種工程技術(shù)上熱切期待的“既強(qiáng)且柔”特性是目前物理原理所不允許的性質(zhì)。因?yàn)楦邚?qiáng)度需要強(qiáng)的原子鍵，但強(qiáng)的原子鍵又造成低柔性。因此高強(qiáng)度和高柔性長期以來是一對“魚與熊掌”不可兼得的性質(zhì)。因此以往的高強(qiáng)度材料如高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度雖然很高（強(qiáng)度高于1 GPa），但其柔性很低（彈性模量或剛度系數(shù)高達(dá)200 GPa）；而高分子材料柔性高（彈性模量低至10 GPa或更低），但其強(qiáng)度也很低（大多低于0.2 GPa）。因此，獲得“既強(qiáng)且柔”的材料長期以來似乎是一個可欲不可求的夢想。

　　前沿院多學(xué)科材料研究中心博士生徐治志等人基于該中心在國際上首次發(fā)現(xiàn)的應(yīng)變玻璃的基礎(chǔ)研究成果，通過一種可規(guī)模生產(chǎn)的三步熱機(jī)械處理工藝，在商用Ti-50.8Ni合金中實(shí)現(xiàn)了一種帶有兩種馬氏體“種子”的獨(dú)特應(yīng)變玻璃狀態(tài)DS-STG；該狀態(tài)的合金兼具變形強(qiáng)化帶來的超高強(qiáng)度（1.8 GPa）和通過馬氏體“種子”無形核成長帶來的超高柔性（10.5 GPa的超低彈性模量）和超大可逆形變（8%）。因此，該合金成功突破了高強(qiáng)度和高柔性不可兼得的原理性瓶頸，實(shí)現(xiàn)了“既強(qiáng)且柔”的罕見特性。該合金同時具有應(yīng)變玻璃合金的共同重要優(yōu)點(diǎn)，即該特性能夠在-80℃到+80℃的寬溫域內(nèi)維持不變，以及突出的高應(yīng)變下抗疲勞特性；因此該合金有望滿足變形飛行器、超級機(jī)器人的溫域要求，所以極具工程應(yīng)用前景。這種可規(guī)模生產(chǎn)的“既強(qiáng)且柔”的金屬合金可望對變形飛行器、超級機(jī)器人和人造器官等未來技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生顛覆性影響。

　　上述成果以《一種像高分子一樣的高強(qiáng)度金屬合金》（“A polymer-like ultrahigh strength metal alloy”） 為題于9月4日在《自然》（Nature）在線發(fā)表。

　　論文第一作者為西安交通大學(xué)前沿科學(xué)技術(shù)研究院博士生徐治志；論文通訊作者為紀(jì)元超教授、馬天宇教授和任曉兵教授；論文通訊單位是西安交通大學(xué)。

　　該成果的參加單位還有四川大學(xué)、中科院物理所、隆基研究院（LONGi），以及日本國立物質(zhì)材料研究院（NIMS）。相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。

　　論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07900-4