數(shù)千年來(lái)，人類在開(kāi)發(fā)新型金屬合金方面進(jìn)行了無(wú)數(shù)的實(shí)驗(yàn)。通常來(lái)說(shuō)，在任何一種合金中，某一金屬的成分將占據(jù)主導(dǎo)，而其余金屬只占少量比例。

    顛覆認(rèn)知的發(fā)現(xiàn)

    然而，一項(xiàng)由麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)在去年5月發(fā)布的研究發(fā)現(xiàn)了一種可能顛覆人類在過(guò)去很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)在合金開(kāi)發(fā)認(rèn)知上的新方法，使用這種方法可能幫助人類制造出更多擁有新屬性的合金類別。

    該方法發(fā)表于《自然》雜志中，其內(nèi)容可能顛覆過(guò)去在合金研發(fā)上的傳統(tǒng)思想，即提高金屬合金的強(qiáng)度會(huì)不可避免地降低合金的延展性（金屬能夠變形而不折斷的能力）。

    研究依據(jù)

    該新方法部分基于目前的一項(xiàng)研究熱點(diǎn)——高熵合金。高熵合金由多種金屬元素按照等原子比或接近于等原子比而合成，一些材料研究人員認(rèn)為以這種比例進(jìn)行混合可以產(chǎn)生單相顯微組織同時(shí)提高機(jī)械制品的耐久性和穩(wěn)定性。

    盡管科學(xué)家對(duì)高熵合金充滿期待，但直至今日有關(guān)高熵合金的研究尚未研制出可行的高級(jí)合金。因此，麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)決定獨(dú)辟蹊徑，其研究人員將標(biāo)準(zhǔn)的高熵合金研制方法與煉鋼技術(shù)相結(jié)合（鋼鐵是目前人類所研制出的最堅(jiān)固的材料之一）。

    仍待研究

    該團(tuán)隊(duì)通過(guò)該新方法研制出的合金在性能上優(yōu)于大部分高熵合金，其擁有更好的延展性和穩(wěn)定性。然而，新型合金不如鋼鐵穩(wěn)定，麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)稱其將繼續(xù)通過(guò)研究來(lái)研制更穩(wěn)定的高熵合金，但目前其研制出的合金已成功證明了該種混合方法的可行性。

    三維打印

    三維打印通常被視為是制造的未來(lái)，合金無(wú)疑也被涵蓋在內(nèi)。

    潛力無(wú)窮

    盡管目前設(shè)備零件可以通過(guò)三維打印進(jìn)行制造，但馬克斯-普朗克研究所則認(rèn)為現(xiàn)有的合金使用并未發(fā)揮該技術(shù)的全部潛力，因此，其專門成立了合金增量制造的研究小組。

    卡耐基梅隆大學(xué)的研究人員遇到了麻煩

    卡耐基梅隆大學(xué)的研究人員宣布他們正在設(shè)法解決三維打印鈦金屬的問(wèn)題。在對(duì)3D打印鈦金屬進(jìn)行深度X射線探測(cè)之后，研究人員們發(fā)現(xiàn)該材料內(nèi)部的存在高孔隙度的問(wèn)題。三維打印的鈦金屬中存在的微小孔隙小到幾微米，大到幾百微米不等，而且隨機(jī)分布，導(dǎo)致使用鈦材料3D打印的金屬對(duì)象內(nèi)部有可能出現(xiàn)裂紋線。

    該團(tuán)隊(duì)隨后又發(fā)現(xiàn)三維打印機(jī)激光束的能量，速度和間距均會(huì)對(duì)由鈦粉三維打印物體的孔隙度造成影響。盡管通過(guò)調(diào)整參數(shù)可以有效減少3D打印鈦金屬的孔隙度，但卻無(wú)法完全消除該問(wèn)題。

    卡耐基梅隆大學(xué)的研究人員認(rèn)為影響孔隙度的因素可在金屬在粉末狀態(tài)下被發(fā)現(xiàn)，所以通過(guò)研究鈦粉，他們有可能可以使其制造成果得到最大化。

    大數(shù)據(jù)法

    人類過(guò)去對(duì)新合金的尋找所做出的努力一直處于遞增的狀態(tài)，通常這些努力都是通過(guò)不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)而進(jìn)行的。但隨著超級(jí)電腦的問(wèn)世，如今材料研究人員能夠借助大數(shù)據(jù)的力量。

    潛在新合金尋找計(jì)劃

    研究人員已經(jīng)制作出有關(guān)潛在新合金的一覽表。即使是從失敗研究中所獲得的信息也能有效提供給超級(jí)電腦作為有用的信息來(lái)使用。盡管有些潛在的新合金只在理論上存在，但工程師已經(jīng)開(kāi)始對(duì)它們進(jìn)行復(fù)核，通過(guò)他們想要獲得的合金特性，篩選出值得合成和應(yīng)用的潛在合金對(duì)象，例如，研究人員可能嘗試查看某一合金的傳導(dǎo)性或絕緣性以及其作為磁體時(shí)的磁性表現(xiàn)或其能夠承受的壓力。

    困難重重仍需努力

    研究人員在能夠完全運(yùn)用大數(shù)據(jù)的路上還需要克服一系列的困難。首先，計(jì)算機(jī)模型目前在有關(guān)如何具體通過(guò)實(shí)驗(yàn)室研制出理想的材料方面所提供的幫助還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。其次，該方法無(wú)法很好地轉(zhuǎn)化為對(duì)結(jié)構(gòu)材料的研究，如鋼鐵等可用于建造飛機(jī)機(jī)翼或引擎的材料，造成該問(wèn)題的原因歸咎于某些力學(xué)性能（如彈性和硬度）主要取決于加工材料所采用的方式，而計(jì)算機(jī)代碼無(wú)法對(duì)其進(jìn)行描述。

    短期看來(lái)，材料研究人員必須依賴實(shí)驗(yàn)和不同項(xiàng)目之間所進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換。但長(zhǎng)期來(lái)講，研究人員還得寄希望于計(jì)算機(jī)科學(xué)能在接下來(lái)的幾十年內(nèi)取得跨越式的飛躍。