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

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

研究團隊從單一變形機制的經(jīng)典Gibson-Ashby模型出發(fā)，建立了多變性機制(拉伸、彎曲和剪切)共同作用條件下的力學模型，該模型能有效地預測不同孔隙率的金屬力學超材料的強度和彈性模量，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，該模型可以指導實施對各變形機制的調(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計輕質(zhì)高強金屬力學超材料的新概念。

研究團隊以上述理論創(chuàng)新為基礎，成功打印出鈦合金力學超材料，其屈服強度和最大壓縮強度遠高于同孔隙率或密度條件下文獻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，同時更耐蝕。有望在航空航天、生物醫(yī)學、化學工程、空間和能源技術等領域獲得應用。

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

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