高温形状记忆合金或可提升飞机的效率和性能
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2025-07-15 12:17:26
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  在航空航天应用中,高温形状记忆合金(HTSMA)是一种用途较广的材料,它能够记忆并在加热后恢复原状,但往往受制于高成本,影响了应用。因为它们依赖于昂贵的元件才能在高温下发挥作用。

  舰载战斗机通常需要折叠机翼,以求得在拥挤的航空母舰上配备更多数量的舰载机。折叠机翼的系统依赖于重型机械部件。但有了更轻、更智能的新型合金,这些动作可以以更轻的重量和更高的效率完成。这意味着未来的飞机可以更快、更高效地做好飞行准备。

  得克萨斯农工大学的研究团队,开发了一种数据驱动的材料发现方法。研究人员已将他们的研究成果发表在《材料学报》杂志(Acta Materialia)上。该研究展示了如何将人工智能与高通量实验相结合,以加速材料发现并降低开发成本。

  这项开创性的研究为功能合金设计的新时代奠定了基础。这意味着,所有能够采用该工艺制造的产品,很快就能用更高效、更经济的材料制造,这对于寻求节省成本的人来说也更加实惠。

  研究人员表示,这项工作表明,新方法可以设计出更优质的高温合金,而非通过昂贵的反复试验,这是通过由数据和物理驱动的智能、有针对性的探索。

  设计新型金属通常耗时耗力。科学家必须测试数千种金属混合物才能找到合适的金属——即使是微小的变化,例如,仅添加0.1%的某种元素,也可能彻底改变材料的性能。面对如此众多的选择,找到合适的合金组合就像猜中彩票号码一样难。

  为了加快研发速度,得克萨斯农工大学的研究人员正在使用强大的计算机和人工智能。这些工具可以帮助他们预测不同金属混合物之间的相互作用,因此他们无需在实验室中逐一测试每种方案。相反,他们利用人工智能帮助他们集中精力研究更有前景的方案。借助先进的计算工具,不仅加快了合金的研发速度,还在重塑研发方式。

  该项目的突出特点是通过名为“批量贝叶斯优化”(BBO)的框架将机器学习与实验工作相结合。“批量贝叶斯优化”允许科学家根据过去的实验结果反复优化合金预测,从而最大限度地减少浪费并最大限度地提高发现效率。这个框架不仅加快了发现速度,还为定制合金以实现特定功能打开了大门,例如减少能量损失或提高许多应用中的驱动性能。

  其目标是制造能够响应热量或电流等因素而移动或改变形状的材料——有点像机器的肌肉。这些特殊材料被称为执行器,它们常用于航空航天、机器人技术,甚至医疗设备。

  目前,该模型正在探索与铜和铪合金,以增强形状记忆行为并提高相变温度。然而,仍需要进一步研究,以纳入更多元素并预测其他性能指标,例如相变应变——合金在运行过程中实际移动或变形的程度。

  研究人员表示,下一个前沿是设计出不仅能在合适的温度下相变,还能在使用过程中产生有效应变的合金。这将使它们能够应用于航空航天和能源领域。 (航柯)

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