Разрушение проклятия «рыбы и лап медведя»: путь к созданию металлов с упорядоченной структурой из примитивных элементов
Китайские учёные разработали новую парадигму проектирования металлов, позволяющую одновременно повысить прочность и пластичность, что решает давнюю фундаментальную проблему материаловедения
Короткое резюме
Исследовательская группа под руководством Лу Лэя из Института металлов Китайской академии наук получила премию за выдающиеся научно-технические достижения 2025 года за создание новой парадигмы проектирования металлических материалов — «упорядоченной структуры из примитивных элементов». Этот подход позволяет преодолеть классическую дилемму «прочность-пластичность», обеспечивая синергетическое и даже сверхнормативное улучшение ключевых механических свойств.
Вдохновившись природными структурами, такими как кости и бамбук, команда предложила концепцию «упорядоченной структуры», где базовые микроструктурные элементы (примитивы) целенаправленно располагаются в пространстве с образованием градиентных или слоистых структур. Это создаёт сильные ограничения и градиенты деформации, активируя новые механизмы деформации, выходящие за пределы классической теории упрочнения. Эксперименты, начиная с чистой меди и заканчивая сложными сплавами, подтвердили универсальность подхода, выявив даже совершенно новые механизмы деформации на атомном уровне.
Разработка имеет далеко идущие последствия для промышленности. Метод уже применяется для создания высокопроизводительной медной фольги для микроэлектроники и аккумуляторов, а также для улучшения характеристик подшипниковой стали. Кроме того, было показано, что такие материалы демонстрируют феноменальное повышение усталостной прочности и сопротивления циклической ползучести, что потенциально может увеличить срок службы критических компонентов с нескольких лет до столетий. Команда активно работает над коммерциализацией технологии для поддержки ключевых отраслей.
Новая парадигма проектирования
Предложена концепция «упорядоченной структуры из примитивных элементов», ломающая традиционные подходы к созданию металлов и позволяющая преодолеть компромисс между прочностью и пластичностью
Вдохновение от природы
Идея возникла из наблюдения за естественными градиентными структурами, такими как кости и бамбук, которые эволюционно оптимизированы для сочетания прочности и вязкости
Открытие новых механизмов деформации
В упорядоченных структурах были обнаружены принципиально новые носители пластичности (например, атомарные дефекты упаковки), плотность которых на порядки выше, чем у традиционных дислокаций, что ведёт к прорывным свойствам
Практическая значимость для промышленности
Технология уже даёт результаты в создании высококачественной медной фольги для электроники и аккумуляторов, а также в повышении усталостной прочности и срока службы сталей для критического машиностроения
Текст сгенерирован с использованием ИИ
