你是否還記得電影《終結(jié)者2：審判日》中T-1000機(jī)器人的“液態(tài)金屬”形態(tài)？它可以隨意改變形狀、穿越狹小縫隙，甚至在被擊中后，傷口也能迅速復(fù)原。這樣的流動性和重塑能力展現(xiàn)了柔性金屬的某些特性，預(yù)示了柔性金屬在未來的極致應(yīng)用。而在《銀翼殺手2049》中，柔性金屬不僅應(yīng)用于建筑表皮，可自動調(diào)節(jié)透光率、有保溫性能，還是可穿戴設(shè)備的核心材料，在功能性之余提供了前所未有的舒適度?？梢哉f，科幻電影中與高科技材料相關(guān)的暗示和想象，總能引發(fā)人們的無限憧憬。它與人類智慧的結(jié)合，似乎正在塑造更奇妙和不可預(yù)測的未來。

近年來，隨著科學(xué)研究的不斷深入，中國西安交通大學(xué)研發(fā)出一種叫做“雙馬氏體種子應(yīng)變玻璃”的柔性金屬材料，它的問世讓科幻逐漸走向現(xiàn)實。這是一種怎樣的材料？我們一起揭開這種帶有“科幻”色彩的材料的神秘面紗。

既“強(qiáng)”又“柔”是怎樣做到的？

科學(xué)家們一直夢想著發(fā)明一種完美材料，既有鋼鐵般堅硬的質(zhì)地，又有塑料般柔軟的特性。這一追求源于材料科學(xué)領(lǐng)域的一項基本挑戰(zhàn)：通常情況下，高強(qiáng)度與高柔性被視為相互矛盾的特性，很難在同一材料中并存。

傳統(tǒng)金屬材料以卓越的強(qiáng)度著稱，但在需要柔性和可變形性的應(yīng)用場景中卻顯得“力不從心”。以航空領(lǐng)域為例，飛機(jī)機(jī)翼在起飛和著陸時需要展開，以獲得足夠的升力，而在高速飛行時需要收起，以降低空氣阻力。這要求所用材料既能承受巨大的機(jī)械應(yīng)力，又要具備良好的形變能力。另外，隨著可穿戴設(shè)備和柔性顯示屏技術(shù)的發(fā)展，柔性電子領(lǐng)域?qū)Σ牧系囊笠踩找鎳?yán)苛。理想的材料要輕薄、柔軟、易彎曲，同時，不失強(qiáng)度和耐久性。這樣的需求讓傳統(tǒng)金屬材料的局限性進(jìn)一步凸顯——它們無法兼顧強(qiáng)度與柔性這兩大關(guān)鍵屬性。

“雙馬氏體種子應(yīng)變玻璃”（DS-STG）合金讓我們看到了希望的曙光。那么，這樣神奇的材料是如何誕生的呢？研究團(tuán)隊精心設(shè)計了獨特的 “三步熱機(jī)械處理工藝”：第一步，先對商用鈦鎳合金進(jìn)行大的拉伸變形處理；第二步，在300℃的環(huán)境下保溫10分鐘；第三步，再次進(jìn)行小程度的拉伸變形處理。經(jīng)過“三步法”產(chǎn)生的 DS-STG合金，是一種介于應(yīng)變玻璃和馬氏體之間的特殊狀態(tài)。該狀態(tài)下的材料展現(xiàn)出的超柔特性，借助了“雙馬氏體種子”和應(yīng)變玻璃之間在外力下的相互轉(zhuǎn)變以及多馬氏體狀態(tài)的異常彈性效應(yīng)。該性能可以在零下 80℃至零上80℃的寬溫域保持。DS-STG合金具有高達(dá)1.8 GPa的超高強(qiáng)度，遠(yuǎn)超眾多現(xiàn)有的超高強(qiáng)度鋼。10.5 GPa的彈性模量賦予它極佳的柔性，可以與許多有機(jī)材料媲美。令人驚嘆的是，DS-STG合金能在接近8%的彈性應(yīng)變范圍內(nèi)自由彎曲而不產(chǎn)生永久變形，強(qiáng)度與柔性的完美平衡讓它可以被稱為真正的柔性金屬。

卓越性能帶來無限可能

在材料科學(xué)領(lǐng)域，很多高科技材料憑借卓越性能脫穎而出，吸引了無數(shù)科研人員的目光。然而，這些材料的廣泛推廣和應(yīng)用卻常受到高昂成本和復(fù)雜制造過程的制約。以“高熵合金”為例，它具有出色的力學(xué)性能，包括高強(qiáng)度、良好的塑性和斷裂韌性，是當(dāng)前研究的熱門方向。但遺憾的是，它的規(guī)?；a(chǎn)難度大且成本不菲，特別是在采用激光熔化這樣的增材制造技術(shù)時，需要對激光功率、掃描速度及氣氛條件等參數(shù)進(jìn)行精確控制，以確保材料的均勻性，避免產(chǎn)生缺陷。這無疑加劇了生產(chǎn)成本，限制了其大規(guī)模應(yīng)用的可能性。相比之下， DS-STG合金的制造工藝經(jīng)濟(jì)實惠，“三步法”制備流程不僅省去了高昂的成本投入，使用的基礎(chǔ)合金原料也普遍易得，完全能實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)?？梢灶A(yù)見，DS-STG合金的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢將使其在市場競爭中脫穎而出。

為了更深入地了解DS-STG合金的性能特點，研究人員精心設(shè)計了對比實驗，將其與“彈簧鋼”和“纖維增強(qiáng)塑料”在不同負(fù)載條件下的表現(xiàn)進(jìn)行了比較。在輕微負(fù)載時，彈簧鋼展現(xiàn)出了極高的剛性，而DS-STG合金的彎曲程度與纖維增強(qiáng)塑料相近。當(dāng)負(fù)載逐漸加重至1.02kg時，彈簧鋼雖發(fā)生了明顯形變但并未斷裂，而纖維增強(qiáng)塑料卻在承受0.52kg的負(fù)載時就出現(xiàn)了斷裂。只有“優(yōu)秀選手”DSSTG合金在這兩種負(fù)載條件下保持了良好的完整性，展現(xiàn)出卓越的強(qiáng)度和極強(qiáng)的柔韌性，這為它今后在多個領(lǐng)域發(fā)揮巨大的應(yīng)用潛力奠定了基礎(chǔ)。

在航空航天領(lǐng)域，該合金可用于制造能夠根據(jù)飛行狀態(tài)自動調(diào)整形狀的變形機(jī)翼，提高飛行器的飛行效率和穩(wěn)定性；在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，它可以作為超強(qiáng)人工肌肉的原材料，使機(jī)器人具備更靈活多變的運動能力；在醫(yī)療領(lǐng)域，它可用于制造能匹配人體組織變形的植入物，為患者帶來更舒適、安全的治療體驗。

科技之光照亮未來之路

回望過去的科技發(fā)展歷程，我們可以清晰地看到，每一次科技的飛躍都離不開新材料的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用。以被譽(yù)為“新材料之王”的“高性能碳纖維”為例，它的強(qiáng)度能達(dá)到鋼的7-10倍，密度卻僅為鋼的四分之一。這樣的特性使其在飛機(jī)制造領(lǐng)域大放異彩，通過顯著減輕飛機(jī)重量，實現(xiàn)了燃油的節(jié)省和能效的提升。同樣引人注目的還有第二代“高溫超導(dǎo)材料”，它有力地支撐了世界首條35千伏千米級高溫超導(dǎo)電纜示范工程的成功運行，這一突破推動了電力傳輸效率邁向新的高度。此外，“超純硅”“砷化鎵”這兩種材料的研制成功，更是為大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的誕生奠定了堅實基礎(chǔ)，使計算機(jī)的運算速度從每秒幾十萬次飆升至每秒百億次以上，開啟了計算技術(shù)的新紀(jì)元。

DS-STG合金的研發(fā)是材料科學(xué)的又一次重大突破，更是人類智慧與創(chuàng)新精神的結(jié)晶。它克服了傳統(tǒng)材料在強(qiáng)度和柔性之間的矛盾，將為未來的科技發(fā)展提供支持，給我們的生活帶來更多便利與驚喜。伴隨這種新型合金的逐步推廣和應(yīng)用，更安全、高效、智能的世界正在向我們奔來。

作者單位 西安交通大學(xué)前沿科學(xué)技術(shù)研究院