來源:科技日報
科技日報訊 (記者劉霞)據物理學家組織網9月27日(北京時間)報道,陶瓷受壓時很容易破碎。但現在,美國和新加坡科學家們制造出了一種非常微小的陶瓷,其不僅彎曲后不會破碎,且具有形狀記憶,可廣泛應用於生物醫學和燃料電池領域。研究發表在最新一期的《科學》雜志上。
該研究的領導者、麻省理工學院材料科學和工程學教授克裡斯托弗·舒解釋道,擁有形狀記憶意味著,當這種材料被彎曲接著被加熱時,它們會回復到原初的形狀。上世紀50年代,科學家們首次知道這種擁有形狀記憶的材料。舒說:“人們一直認為金屬和某些聚合物才具有這種屬性,從來沒有想過陶瓷也會有。”
從原理上來講,陶瓷的分子結構可以使其具有形狀記憶,但陶瓷脆弱易碎是個障礙。最新研究表明,讓陶瓷能彎曲並擁有形狀記憶的關鍵在於讓其變得很小。
研究人員通過兩個關鍵的方式做到了這一點。首先,他們制造出了肉眼看不見的小陶瓷,接著,再使單個晶粒跨越整個結構,並剔除了晶粒的邊界,因為碎裂更有可能發生在這些邊界上。最終,他們制造出了微小的陶瓷樣本,整個樣本的7%可以彎曲變形。研究生阿蘭·萊說:“包括普通的陶瓷在內的大多數物品隻有1%能彎曲,而我們在最新研究中得到的這些直徑僅為1微米的長纖維,其7%到8%能被彎曲而不破碎。”
最新材料兼具金屬和陶瓷的優點。金屬的強度更低,但非常容易變形﹔而陶瓷的強度更大,但幾乎無法彎曲,新研發的陶瓷則兼具“類似於陶瓷的強度以及金屬的柔軟性。”
舒說,新陶瓷有望用來制造微米和納米設備﹔也可以用作生物醫學領域廣泛使用的微觀激勵器,觸發微小的植入物釋放出藥物等。
萊說,最新研究中使用的陶瓷材料由氧化鋯制成,不過,同樣的技術應該也適用於其他陶瓷材料。氧化鋯是“我們研究得最多的陶瓷材料”,而且,也廣泛應用於工程領域。氧化鋯也被用於燃料電池領域,盡管燃料電池並不需要柔韌性,但擁有柔性會增強其抗破壞能力。
總編輯圈點
瓷碗落地,?啷一聲,在劫難逃。新發明的“柔性”陶瓷,如果做成碗,掉在地上或許會癟一小塊,熱一熱又能變回去。有了這種材料,“公牛闖進瓷器店”不再是災難了。以前提到金屬陶瓷,大家會想到火箭上用的耐熱復合材料﹔如今真有金屬一般柔韌的陶瓷了。可見古老的陶瓷依然潛力無限。陶瓷技術領先世界幾千年的中國,可別在新陶瓷的開發領域落后啊。