受到骨头和竹子结构的启发，研究者们发现通过逐渐改变内部结构，金属的强度和韧性能得到增强，可适用于更多生产制造行业，如防弹衣、汽车零部件等。

　　美国北卡罗来纳州立大学材料科学与工程专业的教授和两篇相关文献的高级作者朱云天说： “透过显微镜观察，我们能看到金属是由成千上万个密排晶粒组成，晶粒尺寸和取向的改变会影响金属的物理性能。”

　　来自中国科学院力学研究所同时是两篇论文的第一作者吴晓磊表示：“细化表面晶粒可提高金属强度但与此同时金属的延展性会降低，意味金属不能做过大的延伸。但是如果我们逐渐增大晶粒尺寸，可提高金属的延展性。我们在骨头或竹竿的横截面也能看到类似的尺寸和结构分布。简而言之，大小晶粒相互接触的界面能够使材料整体的强度和延展性得到提高，达到更好地配合，这是传统材料不能实现的。”

　　“我们把它叫做‘梯度结构’，可以利用这项技术定向改变材料的性能。”吴晓磊补充道。

　　吴、朱两位教授合作采用大量不同种类的金属材料验证了梯度结构概念，包括铜、铁、镍和不锈钢。实验结果显示运用“梯度结构”技术所测金属材料的性能均得到了提高。

　　该研究团队也对工业生产中常用的IF钢进行了测试。传统IF钢的能承受450MPa的载荷，但是延展性较差，最大延伸率不足5%，大大降低了其安全性。较差的延展性意味着材料易发生灾难性失效，比如突然从中折断。相反，延展性较高的材料可以伸展，在完全失效前能够给人们更多反应时间。

　　通过比较，研究者们发明了拥有梯度结构的IF钢，它的承载能力可达500Mpa，断裂前最大延伸率可达20%。

　　与此同时，研究者们也在进一步探索能否用梯度结构方法改善材料的耐腐蚀性、耐磨性和疲劳强度。

责任编辑：张春颖

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