微結構可控材料:能讓紙球先落地
2016-09-14 來源:中國聚合物網
“同樣體積的鉛球和紙球,同時從樓頂自由落下,哪個先落地?”這是一道經典的物理學問題。但如果使用全球最前沿的微納米架構材料技術之后,通過改變材料結構來提升性能,可使金屬材料在擁有原本高強度、高硬度的同時,大幅減輕重量,未來,這個題目的答案可能變成紙球先落地。
美國政府歷來高度重視新材料發展,早在20世紀60年代末,就創建了全球首個跨學科材料實驗室,并幫助建立了現代材料科學與工程學科,研究成果廣泛應用于集成電路、太空望遠鏡、噴氣發動機等領域。近年來,“微結構可控材料”項目(MCMA)成為備受關注的重點項目。
結構工程設計方法的革命性進步,使建造埃菲爾鐵塔這樣的建筑成為可能,并引領了摩天大樓時代的到來。埃菲爾鐵塔采用的桁架結構可以像實心結構一樣支撐相同的負重,但結構重量只有實心結構的十分之一。由此,科學家也想將這種大型工程的結構設計原理應用到材料微結構(晶粒級別)的構建技術中,以期顯著提升材料性能,并為此啟動了“微結構可控材料”項目。在該項目支持下,2011年,波音公司下屬的HRL實驗室開發出一種輕質金屬鎳氣凝膠材料。其具有獨特的納米級多孔及三維網格結構,密度僅為0.9毫克/立方厘米,一張該材料置于蒲公英上的圖片曾入選《自然》雜志年度十大圖片。MCMA項目的最終目標是,能夠通過對微結構的控制定制材料,以滿足特定任務需求(如高強度材料、吸能材料等)。
在過去10余年里,麻省理工學院(MIT)機械工程系終身教授方絢萊博士一直從事該領域的深入研究。他研究的微型晶格納米架構材料,在全球知名的《麻省理工學院技術評論》評選的2015年十項可能改變世界的技術中,排名第二;其科研團隊是目前全球在該領域的4支前沿國際團隊之一。如今,基于這項顛覆性技術而成立的深圳摩方材料科技有限公司,在眾多資本的推動下,產業化正在高速進行中,力爭彌補我國在功能性復合材料領域的空白。
日前,方絢萊接受記者專訪時,解釋了這項顛覆性技術。他表示,該技術所用的材料都是以往所熟悉的塑料、金屬和陶瓷等材料,新技術通過改變材料結構來提升性能,可使材料在擁有原本高強度、高硬度的同時,大幅減輕重量。
目前,該材料結構的生產主要采用先進的微納米打印技術層層構建起來,但規模化生產仍面臨難題。方絢萊表示,希望在不斷加大研發的基礎上,解決產能瓶頸,達到規模效應。預計,在3至5年內,將可以見到這項新材料的規模化應用。“可以想象,這項技術在汽車、高鐵、醫療等領域都將擁有非常廣闊的應用前景,并會顛覆復合材料的生態體系。”方絢萊說。
據方絢萊透露,該技術由于前景巨大,已引來很多公司和資本的追逐。在初創階段,公司即得到了包括松禾資本在內的國內頂級風險投資企業的大力支持。華域汽車、中車集團等大型制造型企業也表現出濃厚興趣,已與企業展開合作。
數據顯示,全球輕量化材料市場規模將從2014年的885億美元增長到2019年的1331億美元。業內人士認為,國內新材料產業與國際先進水平仍存在較大差距,顛覆性技術的研發與投資將有助于提升國內新材料及先進制造業技術水平。
美國政府歷來高度重視新材料發展,早在20世紀60年代末,就創建了全球首個跨學科材料實驗室,并幫助建立了現代材料科學與工程學科,研究成果廣泛應用于集成電路、太空望遠鏡、噴氣發動機等領域。近年來,“微結構可控材料”項目(MCMA)成為備受關注的重點項目。
結構工程設計方法的革命性進步,使建造埃菲爾鐵塔這樣的建筑成為可能,并引領了摩天大樓時代的到來。埃菲爾鐵塔采用的桁架結構可以像實心結構一樣支撐相同的負重,但結構重量只有實心結構的十分之一。由此,科學家也想將這種大型工程的結構設計原理應用到材料微結構(晶粒級別)的構建技術中,以期顯著提升材料性能,并為此啟動了“微結構可控材料”項目。在該項目支持下,2011年,波音公司下屬的HRL實驗室開發出一種輕質金屬鎳氣凝膠材料。其具有獨特的納米級多孔及三維網格結構,密度僅為0.9毫克/立方厘米,一張該材料置于蒲公英上的圖片曾入選《自然》雜志年度十大圖片。MCMA項目的最終目標是,能夠通過對微結構的控制定制材料,以滿足特定任務需求(如高強度材料、吸能材料等)。
在過去10余年里,麻省理工學院(MIT)機械工程系終身教授方絢萊博士一直從事該領域的深入研究。他研究的微型晶格納米架構材料,在全球知名的《麻省理工學院技術評論》評選的2015年十項可能改變世界的技術中,排名第二;其科研團隊是目前全球在該領域的4支前沿國際團隊之一。如今,基于這項顛覆性技術而成立的深圳摩方材料科技有限公司,在眾多資本的推動下,產業化正在高速進行中,力爭彌補我國在功能性復合材料領域的空白。
日前,方絢萊接受記者專訪時,解釋了這項顛覆性技術。他表示,該技術所用的材料都是以往所熟悉的塑料、金屬和陶瓷等材料,新技術通過改變材料結構來提升性能,可使材料在擁有原本高強度、高硬度的同時,大幅減輕重量。
目前,該材料結構的生產主要采用先進的微納米打印技術層層構建起來,但規模化生產仍面臨難題。方絢萊表示,希望在不斷加大研發的基礎上,解決產能瓶頸,達到規模效應。預計,在3至5年內,將可以見到這項新材料的規模化應用。“可以想象,這項技術在汽車、高鐵、醫療等領域都將擁有非常廣闊的應用前景,并會顛覆復合材料的生態體系。”方絢萊說。
據方絢萊透露,該技術由于前景巨大,已引來很多公司和資本的追逐。在初創階段,公司即得到了包括松禾資本在內的國內頂級風險投資企業的大力支持。華域汽車、中車集團等大型制造型企業也表現出濃厚興趣,已與企業展開合作。
數據顯示,全球輕量化材料市場規模將從2014年的885億美元增長到2019年的1331億美元。業內人士認為,國內新材料產業與國際先進水平仍存在較大差距,顛覆性技術的研發與投資將有助于提升國內新材料及先進制造業技術水平。
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