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具有鋼樣超高強度和類似聚合物超高柔韌性的金屬合金長期以來被期望用於(yu) 很多新興(xing) 技術，如變形飛機和人造肌肉等。這種非常規的屬性組合能夠以較低的驅動成本實現較大的可恢複形狀變化，同時在大載荷下能夠提供強大的抗斷裂、屈服破壞能力。然而，要實現“強而柔韌"的合金製造是挑戰性的，這需要在強度和柔韌性之間進行不可避免的權衡。在過去的幾十年裏，人們(men) 努力尋找同時具有高強度和低模量的金屬合金，但仍然無法獲得既具有鋼樣高屈服強度（σ_y > 1 GPa），又同時具有聚合物樣低模量（E ≈ 10 GPa）的合金。

基於(yu) 以上研究背景，西安交通大學任曉兵、馬天宇、紀元超教授（共同通訊作者）等人通過簡單的三步熱機械處理，得到了一種“強而韌"的“雙核應變玻璃"合金（DS-STG）。DS-STG合金表現出鋼樣的超高屈服強度（σ_y ≈ 1.8 GPa）和類聚合物的超低楊氏模量（E ≈ 10.5 GPa），以及約8%的橡膠樣超大J形彈性應變。並且在較寬的溫度範圍內(nei) ，合金的類聚合物超高強度行為(wei) 可以持續存在。相關(guan) 研究成果以“A polymer-like ultrahigh-strength metal alloy"為(wei) 題發表在最新Nature期刊上。

圖1. 類聚合物的超高強度DS-STG合金與(yu) 典型的金屬合金材料和有機材料進行比較。© 2024 Springer Nature

圖2. DS-STG合金在很寬的溫度範圍內(nei) 表現出類聚合物的超高強度和耐高應變疲勞性能。© 2024 Springer Nature

圖3. 實現DS-STG合金製備的三步熱處理路線和各步對應材料的微觀結構。© 2024 Springer Nature

圖4. 原位XRD分析DS-STG合金類聚合物彈性的來源。© 2024 Springer Nature

圖5.在T_a ≈ 573 K時DS-STG合金的類聚合物超低模量和高可恢複應變。© 2024 Springer Nature

該工作采用簡單的三步熱加工工藝製備了類聚合物超高強度的DS-STG金屬合金。它具有類聚合物的超低彈性模量和鋼樣超高屈服強度，並具有約8%的大彈性應變、良好的溫度穩定性和優(you) 異的抗高應變疲勞性能。這種非傳(chuan) 統的合金克服了長期以來金屬合金高強度和高柔韌性不可兼得的難題，有望為(wei) 新興(xing) 技術的廣泛應用打開大門，如變形航空航天飛行器、“超人型"人形機器人和人工器官，並且可工業(ye) 擴展的製造路線使其大規模生產(chan) 成為(wei) 可能。