鋼鐵專才:高強度、高韌性的納米材料

鄭智友

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在石器時代,人開始用碎石製造簡陋的工具,從此人類社會的發展一直離不開各種材料。

香港城市大學(城大)機械工程講座教授呂堅教授於4月19日演講,題為「高強度、高韌性納米材料的探索研究:概念、性能、應用」。這是城大的「校長講座系列:學術薈萃」的第十場。

呂教授說,在現今資訊時代,我們需要的材料必須細小,強度更大、效率更高、用途更廣。呂教授亦是科學及工程學院院長、先進結構材料研究中心主任,不久前獲法國國家技術科學院選為院士。

他指出,科學、工程學、科技的未來發展,將會催生以納米、微米、宏觀等尺度漸增而功能不同的材料及結構,用於製造堅韌程度不等的部件。

要了解、設計、製取兼具高強度與高韌性的材料,一大關鍵在於具備多尺度的實驗工具與模擬工具,」他說。

例如,在煉鋼行業,為了追求安全與能源效率,一個難題是必須研製出強度與韌性兼具的新型材料,因為具備如此特質的材料在製造業極受重視,尤其在輕型汽車製造業。

但問題在於,要研製先進的高強度鋼材,強度與韌性往往不能兼得,因為超高強度材料多半易碎、易裂,而且大塊材料的製取亦成問題。

呂教授說:「使納米結構材料與大塊金屬玻璃結合,應用於結構時,一個大問題就是韌性很差,難以形成大塊材料。」

不過,呂教授及其研究小組搜集的實驗數據顯示,使用「表面納米晶體處理」方法,可獲得表面特性極好的抗磨、耐腐蝕、耐疲勞的材料,這一方法往往比「大塊納米晶體處理」方法廉宜而有效。

應用這種技術,可為金屬材料加上一個納米結構表層,以提高整體的屬性與性能。這種新材料可用於製造輕型節能車輛及風能發電機,或用於核能工業。

「把普通鋼製造的汽車車頂結構材料換成超高強度鋼,承載力可立即增加三到四倍,」呂教授在提到汽車工業時說。

他說,這種材料應用於醫療,例如用於製造植入心臟及血管內部的部件。

城大校長郭位教授在介紹本次演講時提到,城大現有四位法國國家技術科學院院士,呂教授是其中之一。呂教授在結束演講時,針對在座的學生談到他對科學研究的一些看法,提到科學家與工程師之間的增強合作、科學領域中理論家與實驗專家之間的區隔。

呂教授於1986年在法國貢比涅技術大學獲得材料科學及應用力學哲學博士學位。他在下列領域有精深研究:通過數值模擬及電腦輔助設計而進行先進材料的合成與處理、納米材料和先進結構材料的力學特性及處理、實驗力學與殘餘應力。

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