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美国和俄罗斯科学家利用计算材料学方法设计出密度仅有0.61g/cm3的“超轻铝”
2017-10-09

[据spacedaily网站2017年9月25日报道]在装满水的水槽中放入铝质勺子时,勺子很容易沉到水槽底部,这意味着铝的密度大于水的密度。而美国犹他州立大学的化学家亚历山大·博尔德雷夫(Alexander Boldyrev)和其他几位俄罗斯南联邦大学的化学家们利用计算材料学的方法设计出密度比水低得多的“超轻铝”,密度达0.61g/cm3,而传统的铝金属密度达2.7g/cm3,并在2017年9月18日将相关研究成果发表在《物理化学C》期刊。

他们采用的基本设计原理是利用计算建模的方法在分子水平上重构和改变普遍使用的金属材料的结构,设计出比水更轻的铝金属。具体实现方法是通过利用已知的另一种晶体材料的结构,对铝金属的结构进行改造,而此次化学家们采用的晶体结构是金刚石晶体结构,将金刚石晶体结构中的每个碳原子都替换成一个铝四面体(有四个铝原子组成的四面体结构),获得了“超轻铝”。通过计算,化学家们证实了“超轻铝”是一种新型、亚稳态(常温下不稳定,容易发生结构改变)和轻质的铝金属。该项研究工作受到了美国国家科学基金会和俄罗斯科学与教育部的支持。

化学家们表示这种具备新晶体结构的“超轻铝”如果能制备出来的话,可以漂浮在水面上,这意味着未来可通过改变非磁性、耐腐蚀、资源丰富、成本低、制造容易的金属材料结构,为其带来全新的应用领域。此外,利用现有的晶体结构和现有材料设计新型材料也为材料设计带来了新的创新模式。

未来,这种“超轻铝”可用于航天飞行、医药、电线以及更多需要轻量化材料的领域,但现在规划其具体应用还为时尚早,目前该材料还存在诸多不确定性,比如“超轻铝”的强度目前还不清楚。(中国航天系统科学与工程研究院  特日格乐)


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