北京
70年來被奉為金科玉律的物理定律在超高速領域被推翻，這一顛覆性發現或將重塑裝甲與航天技術。美國科學家在一項突破性研究中發現，金屬在超音速沖擊下的表現與傳統認知截然不同，這推翻了沿用70年的金屬強化定律。
紐約康奈爾大學研究團隊發現，傳統上通過縮小金屬晶粒尺寸提升強度的方法，在極端高速變形下反而會導致材料軟化。這一發現與霍爾-佩奇定律相悖——該定律認為金屬內部晶粒越小，材料強度越高。在此理論模型中，晶界被視為位錯運動的屏障，而位錯是導致變形的微觀缺陷。
"我們想測試這一定律的極限，看看當金屬被推向真正極端變形速率時，晶界強化是否依然有效。"機械與航天工程系助理教授穆斯塔法·哈桑尼博士表示。他與材料科學與工程系博士生勞拉·吳共同完成了這項研究。
為探究金屬在超高速變形下的行為，研究團隊采用激光誘導微彈丸沖擊測試技術，將微米級粒子以超過1225公里/小時（約340米/秒）的聲速轟擊金屬靶材。"直到近年技術進步，我們才得以開展這類超高應變率研究。"吳解釋道，"這些實驗揭示了材料行為的新機制。"
但預期中的驗證實驗卻得出顛覆性結果。"我們復核了所有數據，增加新數據點并重復實驗，但結果始終一致。"吳補充道。研究團隊制備了晶粒尺寸1-100微米的銅樣本，這通常應是霍爾-佩奇效應生效的范圍。
沖擊測試顯示，大晶粒樣品的撞擊凹痕更淺，表明其硬度和能量耗散能力更強。這一現象挑戰了數十年的科學認知。"對我們而言，這項研究最激動人心的部分是基礎發現與實際應用。"吳總結道，"既然已知高應變率下晶粒尺寸與強度的關系會發生逆轉，我們就能據此改進抗沖擊材料。"
盡管實驗聚焦銅材料，但早期對其他金屬和合金的測試也發現類似強度反轉現象。研究人員認為，這項發現有望推動輕質裝甲、金屬3D打印和航天器防護材料的發展。
相關成果已發表于《物理評論快報》。
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