几十年来，工程师们一直在寻找既轻便又坚固的材料，如若一种材料缩小分量的同期又不糟跶耐用性的话，那么他会变得颠倒有用，颠倒是在航空航天行业hhhh55.com，因为每缩小一克分量皆不错省俭宽敞燃料并普及性能。

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铝钛合金是航空航天的传统材料，它相对较轻同期强度又很高，但有其局限性；碳纤维的出现固然改革了游戏法例，但也并非莫得过失，举例它并不耐磨，不成能像铝钛合金那样用于航空发动机。

为了开拓和冲破材料科学的极限，加拿大的一个研讨团队转向了纳米结构材料——在纳米递次上设想结构，以最大抛弃地普及材料强度和缩小分量。

他们从大当然中经受灵感，师法骨骼、贝壳致使蜂巢中的结构。

但设想这些结构并非易事，挑战在于创建均匀散布应力的几何体式，且幸免可能开动失效的薄缺欠。

为了克服这些报复，研讨东说念主员转向了贝叶斯优化，这是一种东说念主工智能（AI）局势，擅长在无数选项中找到最好设想。

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△ 低密度下高抗压强度碳纳米晶格生成设想的多盘算推算贝叶斯优化，图源：Advanced Materials

通盘历程从算法生成数千种潜在设想开动。

每种设想皆在造谣环境中使用有限元分析进行测试（有限元分析是一种掂量材料在压力下施展的计较要领），然后算法纠正其设想，迭代设想出强度和刚度最大化、分量最小化的结构。

东说念主工智能提供了一份优化设想的节略列表之后，该团队使用双光子团聚技艺（这是一种不错创建纳米级精度结构的 3D 打印技艺）物理创建了所建议的材料。

运用这种技艺，他们制造出由厚度仅为300至600纳米的梁构成的晶格，这些晶格（6.3x6.3x3.8毫米）由 1875 万个单位构成。

临了进行热解，这一历程通过在富氮环境中将团聚物加热到900摄氏度将其飘浮为玻璃碳。

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这些经过东说念主工智能优化的纳米晶格强度比往常的设想零碎一倍以上，它们可承受每立方米每千克密度 2.03 兆帕的压力。

换句话说，它比好多轻质材料——如铝钛合金，致使是某些局势的碳纤维的强度零碎10倍以上，比钛零碎约5倍。

这是东说念主工智能初次应用于优化纳米结构材料，让东说念主感到战抖的是，东说念主工智能不仅仅从考验数据中复制收效的几何体式，而是从体式的哪些变化灵验、哪些无效中学习，从而使其大约掂量全新的晶格几何体式。

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还有一个问题，是什么让这些纳米晶格变得如斯坚固？

谜底在于碳在纳米递次上的私有性质。

研讨东说念主员发现，将碳梁的直径减小到300纳米时，其强度可权贵普及，这是由于一种称为“尺寸效应”的豪放，即材料在极小的递次上施展不同（尺寸越小则强度越高）。

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在纳米递次上，碳原子以最大化强度的形状陈列，碳梁的外层由94%的sp² -碳构成，这种碳局势以出色的强度和刚度而有名。

这种高纯度碳壳与梁的优化几何体式相接洽，使材料大约承受宏大的力量而不会断裂。

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研讨东说念主员预计，这种材料的潜在影响可能会远远超出施行室范畴。

更轻的部件不错减少燃料需求并裁减排放，由这种材料制成的超轻部件可能很快会为飞机、直升机和航天器提供能源。

凭据该研讨的研讨东说念主员估算，如若用这种材料替换现存飞机上由钛制成的部件的话，那么每替换一公斤钛，每年就不错省俭 80 升燃料。

本文翻译自：https://www.zmescience.com/science/news-science/scientists-create-a-material-as-strong-as-steel-but-light-as-styrofoam-using-ai/hhhh55.com

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