扫一扫 加微信
首页 > 新闻资讯 > 科技前沿 > 消息正文
首页 > 新闻资讯 > 科技前沿 > 消息正文
超光滑镀层使钢材性能更佳
发布:lee_9124   时间:2015/11/5 10:30:25   阅读:398 
分享到新浪微博 分享到腾讯微博 分享到人人网 分享到 Google Reader 分享到百度搜藏分享到Twitter

国外采用了一种纳米多孔氧化钨涂层技术,开发出了一种新开钢材,其性能优良,可广泛应用多领域,这将带来未来的产业变革。

钢材在我们的生活中随处可见,但是尽管在过去的50年已开发出了各种牌号的钢,钢材表面几乎没有发生变化——也没有丝毫改进。如今的钢材跟以前的一样,容易被水和盐及磨料,如沙子侵蚀。钢材手术器械仍然存在微生物,致使感染。

如今,哈佛大学保尔森工程和应用学院(SEAS)的研究人员找到了一种能够提高钢材强度,可靠性,持久性的方法。他们采用的多孔氧化钨表面涂层,是迄今为止抗污染、抗腐蚀最持久的材料,即使是在持续强烈的结构变化后,仍能阻止各类的液体渗入。

这种材料包含另外一种没有粘性、抗污染的材料,后者是在材料科学教授、哈佛大学生物启发工程韦思研究院核心成员Joanna Aizenberg的实验室中研制成的。Aizenberg的团队于2011年成功研制了滑液注入多孔表面技术(SLIPS) ,自那之后,他们证明了多孔氧化钨涂层在许多领域的应用。

这项技术应用广泛,同时具有商业价值,其中包括无污染医用器械,如移植和手术刀,也能用于3D打印,还可能大规模应用于建筑和海洋船只。

“我们的超级钢比之前任何一种抗污染钢都要耐用,”Aizenberg说,“目前,这两个概念——材料耐久性和抗污染——是互相冲突的。为增强材料的抗污染能力,我们需要使表面有纹理并多孔的材料,但是粗纳米结构镀层本身就比其多数同类材料脆弱。研究表明,若是对材料表面进行细致的处理,材料就能体现出多种,甚至不能共存的性能,而不会影响材料原有的性能。”

“我们的超级钢比之前任何一种抗污染钢都要耐用,”哈佛大学的Aizenberg说

该团队还通过电化学技术,在钢材表面直接生成由成千上万的粗氧化钨颗粒组成的超薄薄膜,成功将抗污染性能与力学持久性结合。“即使颗粒的一部分被破坏,这种作用也不会传递到另外的部分,因为在相邻的颗粒间没有连接物”,前SEAS成员,博士后Alexander Tesler称,目前,他是以色列魏茨曼科学研究所的成员,也是该文章的第一作者。“这种颗粒状的形态再加上本身的耐久性和粗氧化钨,能够让表面在摩擦工况下保持防水性能,而在此之前这是做不到的。”

电化学沉积已成为钢材制造中一项广为使用的技术,Aizenberg说,“我不想再想出另外一个耗资巨大却没有采用的生产线了”。她还说,这个目标是弹性的,且并不会对现有工业产业产生影响。

该团队用不锈钢镊子,螺丝刀,金刚钻划线器划,并用成千上万个玻璃珠击打超级钢表面,对其进行测试。并采用包括水,油,高腐蚀性介质,含细菌的生物液体,血液等对材料进行抗潮湿测试。不仅超级钢能阻挡所有的液体,并且表现出抗生物污染的性质,而且氧化钨还使超级钢比没有镀层的钢材强度提高。

医用器械是该材料最具前景的应用领域之一,该论文的联合作者、SLIPS Technologies公司的联合创始人兼副总裁Philseok Kim说,“由于成功验证了超级钢抵抗细菌和血液的能力,对强度和抗污染能力都有严格要求的小型医用移植材料,工具和手术器材,如手术刀,手术针等,是我们正在探索的高附加值商业应用领域。”

另外一个应用是3D打印和微矩阵设备,尤其适用于打印摩擦阻力大、易污染的高粘度生物材料和聚合材料。

此外,美国海军目前正在以每年数百万美元的投资研究船体生物污染。有机物,如藤壶、海藻会产生阻力,增加能源消耗,更不用说清理和重新喷涂抗污染油漆的费用了,这些油漆多数对环境有害。如果批量生产,这些材料不失为一个更清洁、更廉价的选择。

“这项研究是核心部分的一个例子,是经典的材料科学”Aizenberg称,“我们有一种可以改变世界的材料,并且想知道,我们怎样才能让它更优秀?”

该研究成果已经发表在 Nature Communications 上。


来源:材料人网
 
相关信息
   标题 相关频次
 “点石成金”不再是梦
 1
 Advanced Materials:加利福尼亚大学发现高韧性人字形结构的生物复合材料
 1
 Nature Communications:低成本、高强度分层纳米结构β-钛合金
 1
 Science: 在微立方块银单晶中形成梯度纳米结构
 1
 顶刊动态 | Chem. Rev./AM等生物材料前沿最新科研成果精选
 1
 港珠澳大桥主体桥梁顺利合龙
 1
 国务院:开展钢结构建筑试点、扩大绿色建材等使用!
 1
 河钢唐钢汽车传动轴管用钢成功下线
 1
 化学吹制3D碳纳米片框架,以提高锂存储
 1
 会“自动清洁”的玻璃 纳米级还防眩光
 1
 积极推广钢结构建筑 倡导发展现代木结构建筑
 1
 几种材料在模拟油田环境中的CO2腐蚀行为
 1
 几种常见合金钢添加元素对钢材性能的影响
 1
 金属“墨水”书写图案 宽度不到发丝一半
 1
 马钢高强汽车大梁钢板的开发与应用
 1
 纳米/超细晶奥氏体不锈钢腐蚀机制研究进展
 1
 纳米结构金属氧化物气敏材料的研究进展
 1
 气-固反应法制备纳米结构氧化锌及其生长机制
 1
 轻量高强度超弹性3D纳米打印降世!
 1
 全球钢材价格下跌连累西班牙航母:卖废品都难出手
 1
 日本研发出低功耗分子传感器 能耗减至十亿分之一
 1
 三维纳米结构的加工与应用研究取得进展
 1
 射线检测技术在钢材尺寸测量中的应用
 1
 新的纳米尺度结构推进金属发展
 1
 新能源汽车发展将进一步拉动钢材需求
 1
 一种简易可行的钢材发蓝断口试验方法
 1
 鱼和熊掌兼得 新材料让装甲车高防高机动
 1
 圆珠笔笔尖实现中国造 电子显微镜立功
 1
 整整10年:中国打破垄断造出世界最长厚壁无缝钢管
 1
 制备出梯度纳米结构降低合金摩擦系数
 1
 中科院核能研究所抗辐照结构钢通过国际认证,具备核聚变工程应用条件
 1
 最新钢结构的防腐蚀方法汇总
 1