在现代工业不断寻求突破的进程中，新材料的发现与应用往往是推动技术革命的关键引擎。从航空航天器减重升空，到新能源汽车续航提升，对兼具超强、超轻与耐极端环境性能材料的追求从未止步。

近期，加拿大多伦多大学（University of Toronto，简称U of T）的研究人员设计出一种新型复合材料，该材料不仅非常轻，而且极其坚固。这种材料由多种金属合金和纳米级析出物制成，其结构在微观尺度上模仿了钢筋混凝土。

相关研究成果已在《自然-通讯》（Nature Communications）期刊上发表，这些特性可能使其在航空航天和其他高性能工业领域极具应用价值。

尽管钢铁目前仍是火车和汽车的主要结构材料，但铝合金因其重量较轻而在飞机上具有一些优势。“轻量化”即在保持部件强度的同时减轻其重量，意味着移动车辆所需的动力更少，从而提高了燃油效率。这在按克计重的航空航天领域尤为重要。

但铝合金也有其缺点。多伦多大学应用科学与工程学院的材料科学与工程学副教授Yu Zou实验室的研究员Chenwei Shao指出，迄今为止，铝制部件一直存在高温下性能下降的问题。温度越高，其性能下降越明显，这使得它们不适合许多应用场景。

为了克服这个问题，研究团队构建出由多种金属组成的复合材料，其结构类似于钢筋混凝土，由钢筋构成的笼状或网状结构，周围被水泥、沙子和骨料的基体所包围。

Yu Zou副教授表示，钢筋广泛用于建筑行业，以提高建筑物和其他大型结构中混凝土的结构强度。诸如增材制造（也称为3D金属打印）等新技术，使我们如今能够以金属基复合材料的形式来模仿这种结构。这种方法为我们带来了具有前所未见性能的新材料。

在研究团队设计的这种材料中，“钢筋”是由钛合金支柱构成的网状结构。他们使用了增材制造技术，通过向金属粉末发射激光将其加热成固态金属，所以可以随意制造任何尺寸的这种网状结构，使得支柱的直径可以小至0.2毫米。

为了填充这些支柱之间的空隙，团队采用了微铸造的技术，创建了由铝、硅和镁等其他元素构成的基体。这个基体就像水泥一样，将所有部分结合在一起。嵌入“水泥”基体中的微米级氧化铝颗粒和硅纳米析出物提供了额外的强度。这些颗粒非常类似于混凝土中的砾石或骨料。

随后，科研团队对这种新材料进行了多种测试，以确定其强度。结果显示，这种新型金属复合材料的性能与中档钢材相当，但重量却仅为其三分之一左右。

科研团队发现，在高温下，这种复合材料通过一种与大多数金属不同的机制发生变形。他们称这种新机制为“增强孪生”，它使得材料即使温度非常高时也能保持大部分强度。

虽然这种新材料投入工业应用可能尚需时日，但其发现凸显了增材制造等新兴技术的优势。科研团队表示这是朝着制造更坚固、更轻便、更高效车辆迈出的重要的一步。

科研关联留学专业解读

这项科研突破植根于多伦多大学追求卓越、鼓励创新的学术沃土。成果的取得，离不开大学顶尖的科研平台、跨学科的协作环境，以及对未来工程师与科学家系统性的培养。

多伦多大学的应用科学与工程学院（Faculty of Applied Science & Engineering）是加拿大排名第一的工程学院，也是安大略省的第一所工程学院。其下设的系、部和研究所，在工程教育与研究创新方面均位居加拿大同领域顶级之列。

其中材料科学与工程系（Department of Materials Science & Engineering,MSE）致力于通过突破性研究，为全球材料科学与工程机构树立高标准。

材料科学与工程系（MSE）在加拿大材料科学排名第一，每年获得超过300万加元的研究经费。MSE是材料研究与应用的领导者，为本科生和研究生提供成为工业界、研究界和学术界领导者所需的技能与知识。

作为一门赋能技术的学科，MSE处于解决直接影响我们当今生活的全球性问题的最前沿。尤其是在先进材料方面的前沿研究，为气候变化、资源枯竭和能源供应等环境挑战，创造了技术解决方案。

MSE开设的应用科学硕士Master of Applied Science(MASc)，是一个为期两年的研究密集型项目。所有学生需完成一篇报告其研究发现的论文。

对于打算攻读博士学位的学生，MASc项目是最合适的硕士层级项目。作为MASc学生，将获得最长两年的保障性基本资助。特别突出优秀的学生，可以快速转入博士项目。

应用科学硕士研究方向与核心指导教授包括：

（1）先进涂层技术与陶瓷：Coyle, Thomas W. – 先进涂层技术；

（2）生物材料与生物技术：Hatton, Benjamin D. – 微结构表面与自适应材料；Sone, Eli D. (IBBME/MSE) – 复合生物材料；

（3）复合材料、聚合物与杂化材料：Hibbard, Glenn D. – 多孔杂化材料；Naguib, Hani E. (MIE/MSE) – 智能与功能材料；

（4）计算材料工程：Singh, Chandra Veer – 计算材料工程；

（5）电子材料与系统：Lu, Zheng-Hong – 有机光电子学；Nogami, Jun – 纳米结构生长与表征；Perovic, Doug D. – 电子显微学/微电子学/法证学；Ruda, Harry E. – 先进纳米技术/半导体；

（6）能源器件、系统与技术：Lian, Keryn K. – 柔性能源与电子学；Kherani, Nazir P. (ECE/MSE) – 先进光伏与器件；Thorpe, Steven J. – 表面工程与电化学；

（7）材料断裂与失效：Perovic, Doug D. – 电子显微学/微电子学/法证学；

（8）材料加工与建模：Azimi, Gisele – 战略材料实验室；Barati, Mansoor – 可持续材料加工；

（9）多尺度力学与增材制造（科研新闻中对应的研究方向）：Zou, Yu – 极端力学与增材制造实验室；

（10）纳米材料与纳米技术：Hibbard, Glenn D. – 多孔杂化材料；Nogami, Jun – 纳米结构生长与表征；Perovic, Doug D. – 电子显微学/微电子学/法证学；Ruda, Harry E. – 先进纳米技术/半导体。

应用科学硕士常规申请要求：

（1）申请截止时间：2月1日。

（2）申请文书及材料：简历；研究意向陈述；成绩单（平均成绩最低达到 B+即78%及以上）；2封学术推荐信。

（3）标化考试要求：IELTS总分要求最低7.0分，各单项不低于6.5分；TOEFL-iBT总分要求最低93分，其中写作和口语单项要求最低22分。GRE无需提交。

多伦多大学应用科学硕士(MASc)瞄准未来十年最具潜力的行业赛道。毕业生所掌握的尖端材料设计、表征与制造技能，使他们成为众多高端产业争相吸纳的人才。

MASc毕业生可从事新一代飞机发动机部件、航天器结构件，或高性能电动汽车车身与电池材料的研发工作。在高端装备与先进制造领域，增材制造（3D打印）、精密加工和机器人技术，都需要创新的材料解决方案作为支撑。

此外，绿色能源与可持续发展领域也需要材料科学家。例如研发更高效的太阳能电池板材料、大容量储能系统材料，或用于碳捕获的新材料。生物医学工程这一交叉学科也为材料人才提供了广阔空间，如开发人体植入物、生物相容性器械和靶向给药系统等。