每当谈及新的民用和军用发动机设计，满足航空行业的所有期待与需求，以及各个监管机构的要求时，专家们的普遍共识是：为了满足未来的能效和排放要求，材料技术必须取得巨大的进步。因此，为了应对这些挑战，美国陆军研究实验室（Army Research Laboratory, U.S.）决定从“细微”之处入手——非常“细微”的地方。
上图展示了不同尺寸纳米团簇的密度。
ARL实验室的科学家正致力于开发具有耐高温特性的纳米材料。考虑到涡轮发动机内部的温度可能高达2500°F（1370?C），很显然这种特性肯定尤为重要。
“现在，在一个过去所有人都认为永远不可能实现的材料类型中，我们得到了一种具有革命性的属性。”ARL实验室轻质与特种金属分部材料科学家Kristopher A. Darling博士表示，“让我来说的话，我们发现的这些新属性非常惊人，可能有潜力为多种应用带来革命性改变。”
Darling博士表示，他和他的团队成功得到了一种稳定的铜合金结构，并发现这种微结构在高温下非常牢固。他说，“通常这是不可能的，现在我们正在努力让这种微观结构能够在高温整合中‘幸免’。”
美国ARL实验室轻质与特种金属分部材料科学家Kristopher A. Darling博士在纳米结构中发现了一种“革命性属性”，可能有机会改变未来的发动机制造领域。
未来，美国国防部对燃气涡轮发动机的依赖不会降低，这意味着以后的发动机材料对高结构强度与高热稳定性的要求将越来越高。“这种特殊的材料是铜，但我们不是说你只能在发动机中用这一种材料。”Darling博士表示，“但铜可以展示此类微结构可以取得的属性，这比很多你常见的传统材料强很多倍。”
Darling博士的团队希望他们最终可以将这种优秀属性“复制”至其他类型的材料中。
“如果可以为镍、钴和钽等其他材料赋予这些属性，那我们绝对有机会掀起一场发动机技术的革命。”Darling博士表示，“这项发现的独特之处在于这会打破人们对材料系统的原有看法，甚至完全颠倒大家的认识，然后告诉人们，那些不可能的事情，其实是可能的。比如现在，我们就可以在高温条件下实现高强度。”
Darling博士表示，这就是蠕变响应的效应，也就是说在逐渐升温的环境中，材料在持续压力的作用之下产生形变的过程。
“我们在蠕变响应过程中看到了几个数量级的提升，”他说，“与传统纳米晶体材料相比，蠕变响应材料可以表现出6到8个数量级的提升。”
很显然，即使是团队中的科学家也在初步测试时感到困惑。“有时候，很多成果都是偶然或走运发现的。”Darling表示，“我们开始研究这种材料时就是这种情况，那时的实验并没有朝我们预想的方向进行。”
Darling与机械工程师AnthonyRoberts（左）一起在进行纳米材料的基础和应用研究。
Darling博士曾向北德克萨斯大学和亚利桑那州立大学的同事们寻求帮助，从而确保他们的观察结果没有问题。
“坦白地说，当我告诉他们时，他们也不相信这一切。”他说，“我告诉他们我们发现了这些属性，然后他们说这根本不可能发生。然后，他们开始测试样品，最后自己也吃了一惊。从那时起，我们都开始兴奋了，然后开始继续做更多深入的研究。”
Darling博士已经研究了这种材料5年了，他自2009年在北卡州立大学获得博士学位后，就一直在ARL实验室工作。
“我刚成为博士后时就开始这项研究了，”Darling博士表示，“现在ARL实验室中有很多人从一开始就深入参与了这些研究，而且现在也仍在我们的团队中。之前，我发表的一些有关这种合金的文章吸引了一些大学学者，现在我们开始一起工作，特别是亚利桑那州立大学的Kiran Solanki教授和北德克萨斯大学Rajiv Mishra教授。他们一直在参与我们的项目，负责进行一些机械测试和特性方面的工作。我们的研究成果绝对是集体的功劳。”
目前，团队希望能够将材料的属性发挥到极致，或者说让这些材料发挥出最大的潜力。
Darling教授表示，“关于如何利用微结构进一步优化材料属性，我们认为应该还有很大的提升空间。”
金属材料的纳米技术研究仍是一个相对较新的领域。仅仅数十年前，人们还在学习如何大规模合成纳米材料，并试图了解这些材料的基本属性。
“我们想要证明的是，这些材料展示了一些与镍基单晶材料类似的属性。结果非常令人震惊，你根本无法想象，这种材料可以表现出如此优异的特性。”Darling教授表示，“这样的材料可能在发动机制造领域掀起一场革命，同时造福于多种军用和民用应用。”
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