浙江
长期以来，钛因强度高、重量轻和耐腐蚀性能优异而被广泛应用于航空航天、海洋工程等领域。然而，由于钛的密度超过水的四倍，人们从未将这种金属与“漂浮”联系在一起。如今，澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMIT University）研究团队成功制造出一种能够漂浮于水面的钛结构，并且在保持高强度的同时实现了长期浮力。
研究团队开发的是一种被称为“浮力金属—聚合物开放晶格超材料”的新型结构。虽然钛本身密度约为每立方厘米4.43克，远高于淡水约每立方厘米1克的密度，但研究人员通过特殊结构设计改变了这一特性。
为了实现漂浮效果，科研人员利用3D打印技术构建出Ti-6Al-4V钛合金晶格骨架，并将组成晶格的支撑梁全部设计成中空结构。随后，他们向这些中空通道内部填充轻质聚氨酯泡沫。最终形成的复合结构既保留了钛金属的力学性能，又获得了稳定浮力。
实验过程中，研究人员发现这种材料即使出现裂纹、连接部位断裂，甚至部分晶格层整体损坏，依然能够持续保持漂浮状态，没有沉入水中。
之所以追求兼具高强度和浮力的材料，是因为海洋工程领域存在大量现实需求。浮标、海上监测传感器、离岸平台以及各种海洋基础设施不仅要承受海浪持续冲击，还需要抵御海水腐蚀，并在受损情况下继续保持工作能力。
目前广泛使用的不锈钢和高密度塑料虽然能够满足部分需求，但在强度、耐久性和长期可靠性方面仍然存在局限。而钛合金本身具备卓越耐蚀性能和抗疲劳能力，因此一直被认为是理想材料，只是其天然高密度限制了在漂浮设施中的应用。
研究人员表示，人类过去主要依靠两种方式解决漂浮问题。一种是利用船舶中空结构包裹大量空气，另一种则是在设备内部增加泡沫等低密度材料提供浮力。而近年来兴起的金属晶格结构为这一问题提供了新的思路。
通过3D打印技术，只需少量金属便能够构建出体积巨大的网状结构，从而获得极高的强度重量比。部分金属晶格的整体密度甚至不到水的十分之一。然而，这类结构长期无法用于海洋环境，因为其开放式孔隙会被海水迅速灌满，最终导致下沉。
研究团队此次的突破正是解决了这一难题。他们没有封闭整个晶格，而只是向中空钛支撑梁内部填充泡沫。这样既允许海水自由穿过晶格结构，又能够保证整体浮力长期存在。
为了更准确地评估此类结构的漂浮能力，研究人员还提出了一项新的计算指标——“骨架密度”。
传统密度计算会把晶格内部所有开放空间都纳入体积范围，但这些空间实际上会被水占据，并不会贡献浮力。新的骨架密度概念则只计算真正能够排斥水进入的部分，包括钛合金壁面和泡沫填充区域。
根据这一理论，只要骨架密度低于周围液体密度，即使外部大量开孔允许水流通过，整个结构仍然能够稳定漂浮。
性能测试结果同样令人关注。在相同整体密度条件下，这种新型浮力钛结构的强度比当前海洋工程中广泛采用的不锈钢或高密度聚乙烯高出约70%。
研究团队还使用来自墨尔本菲利普港的天然海水进行了耐腐蚀测试。结果显示，样品在海水中浸泡两周后，仅损失约0.15%的质量，而强度下降幅度不足1%，展现出优异的海洋环境适应能力。
此外，实验样品在淡水中连续漂浮超过两个月，长期保持稳定状态。研究人员认为，这证明该结构不仅具备理论上的漂浮能力，也拥有实际工程应用潜力。
研究团队表示，这是全球首次实现能够长期漂浮的金属混合晶格超材料。未来这一技术有望应用于海上浮标、海洋监测设备、离岸能源设施以及各类长期部署于海洋环境中的基础设施。
随着3D打印技术和先进材料工程持续发展，这种兼具高强度、耐腐蚀和持续浮力的新型“漂浮钛”有望为未来海洋工程设计开辟全新的可能性。
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
