科學家利用AI創(chuàng)造出一種全新材料：堅固如鋼輕如泡沫革新航空航天材料科學

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2025-02-11 12:34:05 新浪科技

科學家利用AI創(chuàng)造出一種全新材料：堅固如鋼輕如泡沫革新航空航天材料科學！幾十年來,，工程師們一直在尋找既輕便又堅固的材料,。如果一種材料能在減輕重量的同時不犧牲耐用性，那么它將變得非常有用,，特別是在航空航天行業(yè),，因為每減輕一克重量都可以節(jié)省大量燃料并提高性能。

鋁鈦合金是航空航天的傳統(tǒng)材料,，它相對較輕且強度很高,，但也有局限性。碳纖維的出現(xiàn)改變了游戲規(guī)則,，但它并不耐磨,，無法像鋁鈦合金那樣用于航空發(fā)動機。

為了開發(fā)和突破材料科學的極限,，加拿大的一個研究團隊轉(zhuǎn)向了納米結(jié)構材料,，在納米尺度上設計結(jié)構以最大限度地提高材料強度并減輕重量。他們從大自然中汲取靈感,，模仿骨骼,、貝殼甚至蜂巢中的結(jié)構。然而,，設計這些結(jié)構并非易事,，挑戰(zhàn)在于創(chuàng)建均勻分布應力的幾何形狀，避免可能開始失效的薄弱點,。

為克服這些障礙,，研究人員使用了貝葉斯優(yōu)化，這是一種人工智能形式,，擅長在無數(shù)選項中找到最佳設計,。整個過程從算法生成數(shù)千種潛在設計開始，每種設計都在虛擬環(huán)境中使用有限元分析進行測試,。然后,，算法改進其設計，迭代出強度和剛度最大化,、重量最小化的結(jié)構,。

人工智能提供了一份優(yōu)化設計的簡短列表后,，該團隊使用雙光子聚合技術（一種可以創(chuàng)建納米級精度結(jié)構的3D打印技術）物理創(chuàng)建了所提出的材料。利用這種技術,，他們制造出由厚度僅為300至600納米的梁組成的晶格,，這些晶格（6.3x6.3x3.8毫米）由1875萬個單元組成。隨后進行熱解,，通過在富氮環(huán)境中將聚合物加熱到900攝氏度將其轉(zhuǎn)化為玻璃碳。

這些經(jīng)過人工智能優(yōu)化的納米晶格強度比以前的設計高出一倍以上,，可承受每立方米每千克密度2.03兆帕的壓力,。換句話說，它的強度比許多輕質(zhì)材料如鋁鈦合金,，甚至是某些形式的碳纖維高出10倍以上,，比鈦高出約5倍。

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