歷史上由金屬疲勞斷裂而引發(fā)的事故屢見(jiàn)不鮮。如1979年，一架美國航空公司DG-10型客機上的一個(gè)連接引擎與機翼的螺栓因金屬疲勞斷裂而折斷，導致引擎燃燒爆炸；1998年，德國一輛高速列車(chē)因車(chē)輪內部疲勞斷裂而導致其在行駛中突然出軌；2007年，一架美軍F-15C戰斗機在空中突然解體，其原因也是由于飛機的支撐構件出現了金屬疲勞斷裂的問(wèn)題（下圖）。
美軍F-15C鷹式戰斗機在空中突然解體。圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò )。
金屬材料在受到交變應力或重復循環(huán)應力時(shí)會(huì )產(chǎn)生微裂紋，經(jīng)一定循環(huán)次數后，裂紋擴展到臨界點(diǎn)，導致金屬材料在工作應力小于屈服強度的情況下發(fā)生突然斷裂，這種現象稱(chēng)為金屬疲勞斷裂（fatigue failure）。為增強金屬抗疲勞的性能，人們會(huì )通過(guò)往金屬里加入稀土元素或是進(jìn)一步改進(jìn)金屬的微觀(guān)結構。不過(guò)，這些方法只能改善性能卻并不能解決根本問(wèn)題。
日前，日本九州大學(xué)的Motomichi Koyama與美國麻省理工學(xué)院（MIT）的MeiMei Wang及Cemal Cem Tasan教授等人在Science報道了他們的進(jìn)展。受啟發(fā)于動(dòng)物骨骼優(yōu)越的抗斷裂性能，通過(guò)深入研究骨骼微觀(guān)構造，他們設計了同時(shí)具有多相、亞穩態(tài)和納米層狀結構三種特征的仿骨鋼，其擁有極其出色的抗疲勞斷裂的性能。他們還研究了這種優(yōu)異性能的機理，使這種策略有望用于其他合金。
MeiMei Wang博士及Cemal Cem Tasan教授。圖片來(lái)源：MIT
動(dòng)物骨骼的輕、堅韌、抗斷裂等特點(diǎn)，來(lái)自于其獨特的構造。在納米級別上，膠原纖維以分層的形式存在，不同層的纖維可以指向不同的方向。在更大的尺度上，骨骼具有晶格狀的結構和不同類(lèi)型的空隙。這種結構不僅使骨骼擁有輕而堅固的特性，還能確保骨骼擁有抵抗裂紋在任何一個(gè)方向上的擴展的能力。
骨骼與仿骨鋼的微結構。圖片來(lái)源：Science
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