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纳米世界里的“钢铁侠”:扎根西北让金属材料有“韧”有余
发布时间:2025年03月11日 16:30  
来源:中新网甘肃
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  中新网甘肃新闻3月11日电 (魏建军 邸金)“这种结构化方法使得钢在保持高强度的同时,还具有良好的塑性,打破了传统观念中强度和塑性不可兼得的限制。”拿起一小块钢板,兰州理工大学博士生导师喇培清细致地介绍着其中蕴含的科技含量。

  钢铁是应用最广泛的金属材料之一,但其强度较低导致资源和能源的使用效率不高,进而增加了环境压力。喇培清和团队正在开发一种新型的高强度钢,这种钢通过在微观和纳米尺度上制造不同性质的界面来实现微纳结构化。

  然而,由于这些微纳结构通常具有高熔点,需要在高温下进行烧结,精确控制这些结构的形成和分布变得非常困难,这给深入研究和系统性开发新的强化理论带来了挑战。

图为新理论指导研制了可规模化生产的高强韧耐熔盐腐蚀微纳结构不锈钢材料,已在新能源电极材料生产装备、光热电站中应用。受访者供图

  喇培清和团队研究的项目,在国际上率先采用铝热法成功制备了微纳异质结构钢铁材料,并创新性地开发了多种成型加工调控技术,以形成多样化的微纳结构。

  他表示,通过这些技术,实现了多种钢铁材料强度与塑性的成倍提升,或在保持良好塑性的同时显著增强其强度,并深入揭示了微纳结构对材料强度和塑性影响的物理机制。

  “这一突破性成果挑战了现有的强韧化理论认知,并由此构建了微纳结构强韧一体化增强的新理论体系。”喇培清说,该理论不仅适用于结构金属材料,还为钢铁及有色金属结构材料的绿色可持续发展提供了坚实的实验依据和理论支持。

图为喇培清(中)与团队讨论科学实验。魏建军 摄

  通过铝热法,该研究团队成功制备了一种具有纳米级晶粒和微米级晶界的钢铁材料。这种微纳异质结构使得材料在保持较高强度的同时,还具有良好的延展性。通过一系列成型加工技术,研究人员能够调控材料内部的微纳结构,从而优化其力学性能。

  实验结果表明,这种微纳结构的钢铁材料的屈服强度和抗拉强度比传统钢铁材料提高了数倍,同时其延伸率也保持在较高水平。这些发现挑战了传统的强韧化理论,并为微纳结构在材料科学中的应用提供了新的理论基础。

  喇培清现任中国微米纳米技术学会理事、甘青宁三省区电子显微镜学会副理事长、国家自然科学基金项目评审专家,并担任省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室副主任等职务。

  他前往英国,在牛津大学获得关键实验数据,并在国内发表研究成果,帮助中国获得纳米晶合金材料自主知识产权。该研究受到美国亚利桑那大学、新加坡国立大学、韩国科学院等国际机构和徐滨士院士团队、清华大学、北京大学等国内机构的高度评价。

  在新理论的指导下,该团队成功研发出一种可规模化生产的高强度、高韧性且耐熔盐腐蚀的微纳结构不锈钢。该材料目前已应用于新能源电极材料的生产设备以及甘肃多地的光热电站中。

  “该材料的应用显著提升了新能源电极材料的耐腐蚀性和使用寿命,降低了光热电站的运行成本和维护难度。”喇培清表示,该材料的规模化生产也为新能源领域的发展提供了有力支持,推动了新能源技术的创新和进步。

  这一研究成果不仅在国内产生了广泛影响,也在国际学术界和工业界引起了高度关注,为提升中国新能源领域的技术水平和国际竞争力做出了重要贡献。

  兰州理工大学党委常委、副校长陈伟表示,在成果转化方面,该校将着力加大成果宣传力度,推动社会服务工作向更深层次发展,促进创新链与产业链的深度融合,深化产学研合作内涵,全面提升成果转化效能。

  甘肃省科技厅将在2025年着力加强科技成果供给方与需求方的协调对接,着力解决科技创新主体之间“各自为政”以及与企业之间存在的“两张皮”现象。

  该厅成果转化与奖励处处长周晓云表示,通过持续拓展甘肃省科技成果转化综合服务平台的功能,联合省内高校、科研院所及企业地方行业管理部门,共同举办科技成果专项推介会、技术对接会、成果推介沙龙等活动,为高端科研成果在全省范围内的落地转化创造有利条件。(完)

【编辑:杜萍】
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