中國科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出世界上第一種可以像金屬一樣彎曲的陶瓷材料，這項(xiàng)技術(shù)可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，并制造出更好的人工關(guān)節(jié)。

可塑性和強(qiáng)度以前被認(rèn)為是陶瓷的對(duì)立性質(zhì)，一方面的提高通常意味著另一方面的下降。但據(jù)領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的材料科學(xué)家陳可新說，這種具有陶瓷硬度和金屬柔韌性的新材料是科學(xué)家同時(shí)改進(jìn)兩種性能的第一個(gè)例子。

國家自然科學(xué)基金會(huì)工程與材料科學(xué)系的陳教授說：“這種陶瓷可以給許多行業(yè)帶來技術(shù)革命?！?/p>

陳教授和他在清華大學(xué)的同事們在同行評(píng)議的《科學(xué)》雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。芬蘭坦佩雷大學(xué)的研究人員在《科學(xué)》雜志上同期的一篇觀點(diǎn)文章中寫道，這一發(fā)現(xiàn)“可能會(huì)帶來比當(dāng)今最好的金屬合金更輕、更堅(jiān)固的材料”。

陳教授說：“自從我30年前開始職業(yè)生涯以來，世界各地都在研究陶瓷的可塑性?？梢哉f，今天我們終于在這一課題上取得了突破。”

研究人員使用氮化硅制造了含有兩種晶體結(jié)構(gòu)的納米顆粒。當(dāng)受到外力時(shí)，一種晶體結(jié)構(gòu)會(huì)變成另一種，使材料彎曲，然后恢復(fù)其原始形狀。

這種材料在制造航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)方面特別有用。陶瓷材料堅(jiān)固輕便，耐高溫。柔性陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)可以在比傳統(tǒng)合金發(fā)動(dòng)機(jī)高得多的溫度下運(yùn)行，并且具有更好的燃油效率。

陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)比合金發(fā)動(dòng)機(jī)輕得多，加速速度也快得多。減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量可以減輕對(duì)其他部件的壓力。

這種材料也可以用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。因?yàn)樘沾刹牧媳群辖鹩懈叩哪蜔嵝裕蕴沾砂l(fā)動(dòng)機(jī)可以有一個(gè)更小的冷卻液罐。與此同時(shí)，陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)較高的燃燒溫度可以產(chǎn)生更好的推力和更少的污染物。

氮化硅陶瓷輕質(zhì)、具有生物相容性和抗菌性，是關(guān)節(jié)置換的潛在替代材料。大多數(shù)人工關(guān)節(jié)由金屬制成，需要每10年更換一次，這對(duì)患者來說既昂貴又痛苦。陳說：“用陶瓷制成的人工關(guān)節(jié)在植入后可以使用一生。”

他說，這種材料還可以用于制造風(fēng)力渦輪機(jī)的軸承，這是連接發(fā)電機(jī)和風(fēng)扇葉片的關(guān)鍵部件。每個(gè)軸承在運(yùn)行過程中必須承受數(shù)噸的壓力，其耐久性決定了整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命。

“我們的柔性氮化硅陶瓷可以用于制造壽命更長的軸承，從而降低風(fēng)力發(fā)電的平均成本。”陳說。“基于我們的實(shí)驗(yàn)，大規(guī)模生產(chǎn)這種柔性陶瓷材料是可能的，在高端設(shè)備領(lǐng)域有明顯的價(jià)格優(yōu)勢?！?/p>

例如，生產(chǎn)用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的單晶渦輪葉片需要昂貴的稀土材料，而最昂貴的氮化硅售價(jià)約為每公斤200美元?！拔覀儗⒃诂F(xiàn)有工作的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)這種陶瓷材料。一旦你打開一扇門，后面是一個(gè)廣闊的世界。”