衛(wèi)星太陽能電池用盤壓伸桿，20厘米長螺旋狀的盤壓伸桿打開后能達2米長經(jīng)過多年攻關(guān)，我國科學家近年來在金屬玻璃的制備和機理研究上獲得一系列重大進展，并成功制備出用于衛(wèi)星太陽能電池等伸展機構(gòu)的非晶合金材料。
非晶合金又稱金屬玻璃，由于其不同于晶體的特殊原子排列結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出超高比強、大彈性變形能力、低熱膨脹系數(shù)等特異性能，受到各國科學家重視，成為當今最活躍的材料學研究領(lǐng)域之一，孕育著繼鋼鐵、塑料之后的第三次材料工業(yè)革命。上世紀80年代末以來，美國、日本、歐盟等都加大了對這一領(lǐng)域的支持力度，設(shè)立了相關(guān)重大研究項目。
2007年起，在科技部、國家自然科學基金委等部門支持下，來自北京航空航天大學、中科院物理所和金屬所、北京科技大學、清華大學等院所的科學家，組成國家“973”計劃“高性能輕質(zhì)非晶態(tài)合金若干關(guān)鍵基礎(chǔ)問題研究”項目研究團隊，向高性能非晶態(tài)合金領(lǐng)域發(fā)起了科研攻關(guān)。
47歲的北京航空航天大學教授、“973”項目首席科學家張濤是塊狀非晶合金的開創(chuàng)人之一。上世紀80年代末90年代初，他在日本留學時探索發(fā)現(xiàn)了稀土基和鋯基等塊狀非晶態(tài)合金，成為塊體非晶態(tài)合金研究的開端，受到國際材料界的關(guān)注。他還將鐵、鎳、銅等合金制備成了高強度的金屬玻璃。“和相應的晶態(tài)合金比，非晶合金具有高強度、熔點低、流動性好等特點，幾乎可以像塑料一樣成形，能夠?qū)崿F(xiàn)短流程精密制備復雜形狀的零部件。”張濤說。
2003年，張濤回到祖國，并在北航建立了非晶態(tài)合金實驗室。近年來，他的團隊進一步發(fā)現(xiàn)了多種新型非晶態(tài)合金體系，而且在金屬玻璃形成機理上取得了進展，成功將鋁、鎂、鈦等輕質(zhì)合金也制備成金屬玻璃。
大型太陽能電池陣伸展機構(gòu)、空間探測器的盤壓伸桿等零部件是衛(wèi)星關(guān)鍵部件，要求材料有高強度高彈性等特性。由于我國沒有這種高性能材料，這些部件往往要依靠進口。張濤的團隊成功制備出用于衛(wèi)星太陽能電池陣伸展機構(gòu)的非晶合金材料，為應用創(chuàng)造了可能。在實驗室，記者見到了這種用鈦基金屬玻璃制成的衛(wèi)星太陽能電池用的盤壓伸桿，20厘米長螺旋狀的盤壓伸桿打開后能達2米長。“這意味我國的大型太陽能電池陣，今后有可能插上用金屬玻璃制作的‘中國式翅膀’飛上太空。”張濤高興地說。
科學家還將金屬玻璃粉體用于潤滑等領(lǐng)域，利用其高硬度、高彈性、低摩擦系數(shù)等特性，提高了潤滑油的性能。
“金屬玻璃的研究還剛起步，尚有大量基礎(chǔ)和應用問題有待研究。”張濤說，課題組將在加強基礎(chǔ)研究的同時在航天航空等領(lǐng)域進行更多的應用研究。
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