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超光滑镀层使钢材性能更佳
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-11-05
哈佛大学保尔森工程和应用学院(SEAS)的研究人员找到了一种能够提高钢材强度，可靠性，持久性的方法。他们采用的多孔氧化钨表面涂层，是迄今为止抗污染、抗腐蚀最持久的材料，即使是在持续强烈的结构变化后，仍能阻止各类的液体渗入。
国外采用了一种纳米多孔氧化钨涂层技术，新开发出了一种钢材，其性能优良，可广泛应用多领域，这将带来未来的产业变革。
钢材在我们的生活中随处可见，但是尽管在过去的50年已开发出了各种牌号的钢，钢材表面几乎没有发生变化——也没有丝毫改进。如今的钢材跟以前的一样，容易被水和盐及磨料，如沙子侵蚀。钢材手术器械仍然存在微生物，致使感染。
如今，哈佛大学保尔森工程和应用学院(SEAS)的研究人员找到了一种能够提高钢材强度，可靠性，持久性的方法。他们采用的多孔氧化钨表面涂层，是迄今为止抗污染、抗腐蚀最持久的材料，即使是在持续强烈的结构变化后，仍能阻止各类的液体渗入。
这种材料包含另外一种没有粘性、抗污染的材料，后者是在材料科学教授、哈佛大学生物启发工程韦思研究院核心成员Joanna Aizenberg的实验室中研制成的。Aizenberg的团队于2011年成功研制了滑液注入多孔表面技术(SLIPS) ，自那之后，他们证明了多孔氧化钨涂层在许多领域的应用。
这项技术应用广泛，同时具有商业价值，其中包括无污染医用器械，如移植和手术刀，也能用于3D打印，还可能大规模应用于建筑和海洋船只。
“我们的超级钢比之前任何一种抗污染钢都要耐用，”Aizenberg说，“目前，这两个概念——材料耐久性和抗污染——是互相冲突的。为增强材料的抗污染能力，我们需要使表面有纹理并多孔的材料，但是粗纳米结构镀层本身就比其多数同类材料脆弱。研究表明，若是对材料表面进行细致的处理，材料就能体现出多种，甚至不能共存的性能，而不会影响材料原有的性能。”
“我们的超级钢比之前任何一种抗污染钢都要耐用，”哈佛大学的Aizenberg说
该团队还通过电化学技术，在钢材表面直接生成由成千上万的粗氧化钨颗粒组成的超薄薄膜，成功将抗污染性能与力学持久性结合。“即使颗粒的一部分被破坏，这种作用也不会传递到另外的部分，因为在相邻的颗粒间没有连接物”，前SEAS成员，博士后Alexander Tesler称，目前，他是以色列魏茨曼科学研究所的成员，也是该文章的第一作者。“这种颗粒状的形态再加上本身的耐久性和粗氧化钨，能够让表面在摩擦工况下保持防水性能，而在此之前这是做不到的。”
电化学沉积已成为钢材制造中一项广为使用的技术，Aizenberg说，“我不想再想出另外一个耗资巨大却没有采用的生产线了”。她还说，这个目标是弹性的，且并不会对现有工业产业产生影响。
该团队用不锈钢镊子，螺丝刀，金刚钻划线器划，并用成千上万个玻璃珠击打超级钢表面，对其进行测试。并采用包括水，油，高腐蚀性介质，含细菌的生物液体，血液等对材料进行抗潮湿测试。不仅超级钢能阻挡所有的液体，并且表现出抗生物污染的性质，而且氧化钨还使超级钢比没有镀层的钢材强度提高。
医用器械是该材料最具前景的应用领域之一，该论文的联合作者、SLIPS Technologies公司的联合创始人兼副总裁Philseok Kim说，“由于成功验证了超级钢抵抗细菌和血液的能力，对强度和抗污染能力都有严格要求的小型医用移植材料，工具和手术器材，如手术刀，手术针等，是我们正在探索的高附加值商业应用领域。”
另外一个应用是3D打印和微矩阵设备，尤其适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，美国海军目前正在以每年数百万美元的投资研究船体生物污染。有机物，如藤壶、海藻会产生阻力，增加能源消耗，更不用说清理和重新喷涂抗污染油漆的费用了，这些油漆多数对环境有害。如果批量生产，这些材料不失为一个更清洁、更廉价的选择。
“这项研究是核心部分的一个例子，是经典的材料科学”Aizenberg称，“我们有一种可以改变世界的材料，并且想知道，我们怎样才能让它更优秀？”
该研究成果已经发表在 Nature Communications 上。
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