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超光滑鍍層使鋼材性能更佳
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時(shí)間：2015-11-05
哈佛大學(xué)保爾森工程和應(yīng)用學(xué)院(SEAS)的研究人員找到了一種能夠提高鋼材強(qiáng)度，可靠性，持久性的方法。他們采用的多孔氧化鎢表面涂層，是迄今為止抗污染、抗腐蝕最持久的材料，即使是在持續(xù)強(qiáng)烈的結(jié)構(gòu)變化后，仍能阻止各類的液體滲入。
國外采用了一種納米多孔氧化鎢涂層技術(shù)，新開發(fā)出了一種鋼材，其性能優(yōu)良，可廣泛應(yīng)用多領(lǐng)域，這將帶來未來的產(chǎn)業(yè)變革。
鋼材在我們的生活中隨處可見，但是盡管在過去的50年已開發(fā)出了各種牌號的鋼，鋼材表面幾乎沒有發(fā)生變化——也沒有絲毫改進(jìn)。如今的鋼材跟以前的一樣，容易被水和鹽及磨料，如沙子侵蝕。鋼材手術(shù)器械仍然存在微生物，致使感染。
如今，哈佛大學(xué)保爾森工程和應(yīng)用學(xué)院(SEAS)的研究人員找到了一種能夠提高鋼材強(qiáng)度，可靠性，持久性的方法。他們采用的多孔氧化鎢表面涂層，是迄今為止抗污染、抗腐蝕最持久的材料，即使是在持續(xù)強(qiáng)烈的結(jié)構(gòu)變化后，仍能阻止各類的液體滲入。
這種材料包含另外一種沒有粘性、抗污染的材料，后者是在材料科學(xué)教授、哈佛大學(xué)生物啟發(fā)工程韋思研究院核心成員Joanna Aizenberg的實(shí)驗(yàn)室中研制成的。Aizenberg的團(tuán)隊(duì)于2011年成功研制了滑液注入多孔表面技術(shù)(SLIPS) ，自那之后，他們證明了多孔氧化鎢涂層在許多領(lǐng)域的應(yīng)用。
這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用廣泛，同時(shí)具有商業(yè)價(jià)值，其中包括無污染醫(yī)用器械，如移植和手術(shù)刀，也能用于3D打印，還可能大規(guī)模應(yīng)用于建筑和海洋船只。
“我們的超級鋼比之前任何一種抗污染鋼都要耐用，”Aizenberg說，“目前，這兩個(gè)概念——材料耐久性和抗污染——是互相沖突的。為增強(qiáng)材料的抗污染能力，我們需要使表面有紋理并多孔的材料，但是粗納米結(jié)構(gòu)鍍層本身就比其多數(shù)同類材料脆弱。研究表明，若是對材料表面進(jìn)行細(xì)致的處理，材料就能體現(xiàn)出多種，甚至不能共存的性能，而不會影響材料原有的性能?！?/span>
“我們的超級鋼比之前任何一種抗污染鋼都要耐用，”哈佛大學(xué)的Aizenberg說
該團(tuán)隊(duì)還通過電化學(xué)技術(shù)，在鋼材表面直接生成由成千上萬的粗氧化鎢顆粒組成的超薄薄膜，成功將抗污染性能與力學(xué)持久性結(jié)合。“即使顆粒的一部分被破壞，這種作用也不會傳遞到另外的部分，因?yàn)樵谙噜彽念w粒間沒有連接物”，前SEAS成員，博士后Alexander Tesler稱，目前，他是以色列魏茨曼科學(xué)研究所的成員，也是該文章的第一作者?！斑@種顆粒狀的形態(tài)再加上本身的耐久性和粗氧化鎢，能夠讓表面在摩擦工況下保持防水性能，而在此之前這是做不到的?！?/span>
電化學(xué)沉積已成為鋼材制造中一項(xiàng)廣為使用的技術(shù)，Aizenberg說，“我不想再想出另外一個(gè)耗資巨大卻沒有采用的生產(chǎn)線了”。她還說，這個(gè)目標(biāo)是彈性的，且并不會對現(xiàn)有工業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生影響。
該團(tuán)隊(duì)用不銹鋼鑷子，螺絲刀，金剛鉆劃線器劃，并用成千上萬個(gè)玻璃珠擊打超級鋼表面，對其進(jìn)行測試。并采用包括水，油，高腐蝕性介質(zhì)，含細(xì)菌的生物液體，血液等對材料進(jìn)行抗潮濕測試。不僅超級鋼能阻擋所有的液體，并且表現(xiàn)出抗生物污染的性質(zhì)，而且氧化鎢還使超級鋼比沒有鍍層的鋼材強(qiáng)度提高。
醫(yī)用器械是該材料最具前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一，該論文的聯(lián)合作者、SLIPS Technologies公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼副總裁Philseok Kim說，“由于成功驗(yàn)證了超級鋼抵抗細(xì)菌和血液的能力，對強(qiáng)度和抗污染能力都有嚴(yán)格要求的小型醫(yī)用移植材料，工具和手術(shù)器材，如手術(shù)刀，手術(shù)針等，是我們正在探索的高附加值商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。”
另外一個(gè)應(yīng)用是3D打印和微矩陣設(shè)備，尤其適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，美國海軍目前正在以每年數(shù)百萬美元的投資研究船體生物污染。有機(jī)物，如藤壺、海藻會產(chǎn)生阻力，增加能源消耗，更不用說清理和重新噴涂抗污染油漆的費(fèi)用了，這些油漆多數(shù)對環(huán)境有害。如果批量生產(chǎn)，這些材料不失為一個(gè)更清潔、更廉價(jià)的選擇。
“這項(xiàng)研究是核心部分的一個(gè)例子，是經(jīng)典的材料科學(xué)”Aizenberg稱，“我們有一種可以改變世界的材料，并且想知道，我們怎樣才能讓它更優(yōu)秀？”
該研究成果已經(jīng)發(fā)表在?Nature Communications?上。