研究人员有意调整金属晶体内部缺陷的排列方式，成功增强了两种不同金属合金的强度，展示了利用内部微观结构改善材料性能的一种方法。这项成果来自美国俄亥俄州立大学的研究报告，科技网站Tech Xplore于10月18日刊登相关报道。研究论文已于10月15日在《科学》杂志发表。根据报告，该方法没有改变合金的整体化学成分，却提高了材料承受应力的能力，以及在高温条件下抵抗缓慢变形的能力。这两个方面分别涉及材料在受力时的表现，以及在高温环境下随时间逐渐改变形状的情况。
研究团队成员包括论文第一作者、俄亥俄州立大学兼职助理教授安德烈亚斯·贝措尔德。该校表示，这种方法建立在以往针对材料变形过程中产生的微观缺陷所开展的研究之上。研究人员希望把能够增强强度的内部结构，有意识地纳入材料设计过程，使这些结构成为设计的一部分。这一思路可能有助于提高材料的耐用性，并延长其使用寿命。研究关注的是如何利用变形产生的微小结构变化，让这些变化成为材料工程师能够有目的地利用的设计手段。
实验中，研究人员首先使一种以钴和镍为基础的高温合金，以及一种钴、铬、钨合金的晶体发生变形，随后施加热量，对材料进行时效处理。大学报告指出，这种分为两个阶段的处理方式，在材料内部形成了密集且厚度处于原子尺度的结构。因此，该方法调整的是材料内部的组织和排列方式，而不是通过改变合金的整体化学配方来实现强化。这里的先后顺序是先让晶体发生变形，再利用加热完成时效处理；研究人员随后对处理后形成的细微结构进行了分析。
团队结合透射电子显微镜观察和计算机模拟，将强度的提升与缺陷周围原子的排列方式联系起来。论文共同作者、俄亥俄州立大学材料科学教授迈克尔·米尔斯解释说，具有适当结构的缺陷能够使材料变得更强。这些发现针对的是经过专门设计的内部结构，并不意味着任意损伤都能普遍带来好处，也不能把一般性的材料破坏等同于本次研究采用的缺陷设计。显微观察提供了原子尺度结构的信息，而计算机模拟则与这些观察相结合，帮助团队分析结构排列与强化效果之间的联系。
大学将航空涡轮发动机和发电厂机械设备列为未来可能的应用方向，因为这些设备需要在高温环境下运行。不过，这些用途仍然属于未来前景：报告描述的是针对合金开展的研究，并没有宣布该方法已经应用于商业设备。贝措尔德表示，团队希望这一思路能够扩大材料工程师可采用的设计选择，为今后的材料开发提供更多可能性。因此，报告中提到的航空与能源设备，是这种材料设计思路可能服务的方向，而不是已经完成商业部署的产品清单。
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