美國科學家意外發現比鈦硬三倍的「最硬」合金

2020-11-26 界面新聞

美國科學家在一次實驗中意外發現，一種被用作實驗材料的鈦金合金可能是「最硬」的金屬合金，有望成為比鈦表現更好的醫用材料。

這項7月20日刊登在《科學進展》（Science Advances）期刊上的研究發現，這是能與活體組織相容的最硬的已知金屬物質，比純鈦硬度高出三倍，可用於製造更耐用的醫用移植物。

鈦是為數不多的能讓人類骨骼能在其周圍牢固生長的金屬之一，這讓它被廣泛用於醫療和牙醫領域。但由於磨損原因，傳統的膝關節和髖關節移植物通常都需要在10年後更換。

而這一新的發現有望大大延長醫用移植物的耐用性。

來自美國休斯頓萊斯大學的艾米莉亞·莫羅珊（Emilia Morosan）教授說，她的團隊在準備測試由鈦與金製得的一種非常規磁石的過程中有了這一發現。

純鈦的結晶態。圖片來源：Wikimedia

合成的新材料需要被製成粉末以檢驗純度，但研究人員卻意外發現，這種將鈦與金以3比1配比製得的金屬β-Ti3Au太過堅韌，無法用金剛石塗覆的研缽和研杵打磨。

「當我們試著研磨這一鈦-金合金時，我們做不到，」莫羅珊回憶說，「我甚至買了一套金剛石（塗覆的）研缽和研杵，但還是不行。」

莫羅珊說，該材料顯示出所有鈦-金合金或合成物中最高的硬度，在與很多其他工程合金相比時也無出其右者。

研究稱，在低溫環境形成時，合金的韌性與鈦相當。但如果在高溫形成，由於原子構造排布的改變，合金的韌性就變成之前的四倍。

英國《每日郵報》表示，這種材料在立方體形式中緊密排布的原子構造此前已為人所知，而這次的研究人員可能也不是第一批制出這種合金的人——但他們確實是首次記錄到這種無以倫比的耐久性的人。

莫羅珊說，這種物質的高硬度以及更高的生物相容性使其「成為可以顯著延長牙科植入物以及關節替換物壽命的下一代複合物」。

她說，這種合金也可用於鑽探、體育用品、工程部件和很多其他領域。研究人員說，他們打算進行更多測試以進一步考察合金的結構，並希望探索是否還能進一步提升其硬度。

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