多尺度力学模型实验室的Zhaoxuan Wu 和 William Curtin已经解决了困扰科学界40多年的镁延展性较低的问题。

镁是世界上发现的最轻的金属，密度只有钢的四分之一，也比铝轻了三分之一。其储量也非常丰富，是地球储量第八的元素。这些特征使得其应该是很多方面的理想材料，尤其是在汽车行业，因为通过减轻重量可以有效提高效率。然而，关于这种材料的使用仍然是非常有限。“镁的延展性很低，即其在断裂前不能延展很大。其也具有不同寻常的行为，例如随着温度的升高，强度会增加，这也是和其他材料不一样的地方。”Curtin教授说。Curtin教授及其合作者Zhaoxuan Wu则认为可以通过原子结构等方面来研究镁的延展性等性能。该研究发表在《自然》杂志上。

模拟仿真可解释40余年的实验

Curtin说，“我已经从事镁相关的研究有七年，我们也取得了一些成就，但是在最重要的问题上，我曾想过要放弃，对于曾经的努力也近乎绝望。然而Wu从新加坡过来加入了我们团队，带来了可再生能源等一系列技术，以及更多的动力。”经过两年多的努力，这个谜题终于有了突破性进展，他们获得了解释数十年来实验的钥匙。这一突破性进展是建立在对镁原子间不同的相互接触机制上得到的。“我们获得了一种很少被提及的关于镁的描述，可很好地解释很多镁的性能，同时也能很好地预测很多镁的特性。”更重要的是，这种机制也更好地预测一种非常重要的错位的结构，即“c a”错位，这使得镁原子层可以很轻易地流动。而这种错位在之前则不能很好地被解释和预测。

接下来就是见证奇迹的时刻了。“像往常一样，我们对“c a”错位进行了原子模拟，以便能更好地理解其行为，突然，奇妙的情况发生了。” “c a” 错位的这些原子结构变得非常与众不同，它们会形成几种不同的几何结构，从而不能继续运动。没有了c a 错位，镁就不能随意流动，因此延展性就差。这种c a结构已经通过实验观察到了，但是究竟是如何形成的，它们是否是真实存在还是实验异常，以及为什么会有几种不同的结构等都还是未解之谜。Wu和Curtin的工作表明，对于镁来说，这些都是其内在本质决定的，并且他们描述了不同结构在不同情况下产生的原因，并且表明了这些结构比理想的c a 结构更加稳定。因此，他们发现形成这种新的c a 结构是必不可免的，从而会降低镁的延展性。 

获得延展性较高的镁的方法

“为了获得可锻造的镁，我们必须和自然抗争。”Wu说。如果科学上没有办法来阻止这种现象，那么仍然有办法可以减缓其形成过程。在室温下，这个过程会很快完成，但是在液氮温度下，其过程的完成就需要数月甚至一年。如果该过程可以在常温下延迟数秒，这对于工业应用来讲就已经足够了。最近在德国的一些研究表明，通过加入稀土元素，可以增加镁的延展性。但是稀土元素非常昂贵，因此不利于大规模工业应用。Curtin 和 Wu正开始进行新的研究，旨在利用一些较便宜的元素来增加材料的稳定性。Curtin教授并不能确定镁是否可以大规模应用，但是他相信这种新的研究会产生新的想法和思路。