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一只瓷碗,你能把它拉长多少?

一毫米都不敢想——手一抖,它就碎给你看。

这是人类对陶瓷最牢固的常识。直到科研人员在室温下,陶瓷被拉长了39.9%,强度约2.3 GPa,没碎。

他们怎么做到的?

一、它为什么这么脆

陶瓷材料通常为黏土、石英和长石等天然矿物,耐酸碱与腐蚀,特殊的材料及工艺使其内部的离子或原子排列较为紧密,当陶瓷受外力冲击时,很难通过材料内部结构的变形分散应力,反而使应力迅速集中于某处,引发原子间化学键的断裂形成裂纹而破碎。

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二、向金属"借"一样东西

金属材料具有较强的可塑性,其原子排列相对疏松,受到外力时易通过位错运动产生塑性变形,分散应力。那么,若将金属的可塑性引入陶瓷材料,是否能使陶瓷可“拉伸”,增强其韧性?

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科研人员发现金属钼(mù,符号为Mo)和氧化镧(化学式为La₂O₃)之间具有较强的化学键,可以将两种不同的物质紧密结合在一起。

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于是,科研人员利用以钼为基体材料,通过高温烧结工艺,制备出具有规则界面结构的位错增强型氧化镧陶瓷复合材料,该材料不仅保持了陶瓷的高强度特性,还拥有金属材料的韧性,使陶瓷有了被“抻一抻”的可能性。

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三、数字

在室温下,这种位错增强型氧化镧陶瓷复合材料,拉伸延伸率高达39.99,颠覆了陶瓷在室温条件下难以拉伸的传统认知。除了具有陶瓷的高强度特性,位错增强型氧化镧复合陶瓷材料还有金属材料的韧性,这是材料科学领域的一次重大突破,你最期待它先用在哪儿?欢迎评论区聊一聊。

责任编辑|赵青云

运营编辑|原飞燕

质量审核 |李雅欣

图文来源 | 《知识就是力量》杂志《“抻一抻”陶瓷》,脚本/吴双 (西安理工大学) 绘图/张玲,原文有删改,原创作品转载请注明来源。

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