蓋世汽車 在設計包含金屬在內的機械系統時，工程師面臨的最大問題可能就是氧化。這種化學反應會形成銹蝕或引發其他問題，從而影響設備的效率或壽命。增材制造金屬的應用廣泛涉及航空航天、海洋和汽車設計等領域，但這種金屬在腐蝕環境中更容易失效。與傳統制造金屬相比，3D打印工藝會增加孔隙率。

（圖片來源：賓漢姆頓大學）

如果有一種方法可以通過氧化使金屬更堅固呢？這是賓漢姆頓大學（Binghamton University）托馬斯·J·沃森工程與應用科學學院（Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science）新研究背后的想法。

最近，沃森學院機械工程系教員Changhong Ke教授獲得了美國國家科學基金會探索性研究早期概念資助（EAGER）項目的15萬美元資助。該資金旨在支持未經測試但可能具有變革性的研究思路或方法。

據外媒報道，Ke教授將探討把納米管添加到增材制造鋁中的潛力。他認為，由氮化硼（一種通常用于化妝品、鉛筆芯和牙科膠接劑的化合物）制成的微觀結構可以使這種材料在潮濕和海水等腐蝕性條件下實現自我增強。

Ke教授表示：“你無法避免氧化，所以研究人員試圖利用它，把它變成新的強化機制，從而使材料更堅固。這將是一件令人驚嘆的事情。人們可以嘗試設計包含這些孔隙的材料，甚至有目的地引入更容易氧化的結構，因為氧化對材料本身有益而不是有害。”

貫穿金屬的納米管有幾納米厚，幾到幾百微米長。為了解氧化如何改變納米管與金屬結合的方式（這是自我強化機制的核心問題），Ke及其在納米機械實驗室（Nanomechanics Laboratory）的團隊將使用力傳感器，在高分辨率掃描電子顯微鏡內將單個納米管從氧化金屬中拉出來，以進行實時觀察。他表示：“我們把它設計成三明治結構。這就像是一個熱狗，納米管是肉，金屬是面包。”

研究人員還將從宏觀尺度測試該材料，觀察負載轉移，以進一步了解氧化如何影響納米管增強金屬的剛度、強度和韌性。了解各種自我強化是如何發生的，具有重要意義。因此，伊利諾伊大學（University of Illinois）的合作者將通過計算建模來證實Ke的實驗結果。

Ke表示：“我們希望這可以為科學界提供新的視角，以了解如何從未來的材料設計角度來看待金屬氧化。這可能會改變這些金屬材料的研究前景，尤其是3D打印金屬，在不同領域具有良好的應用前景。”

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