传统的骨修复使用不锈钢或钛螺钉和钢板来稳定骨折。虽然有效，但这些金属植入物通常会永久留在体内，可能会导致植入物周围骨质流失和固定物松动等问题。为了解决这些挑战，开发出来生物可降解的植入物，可在帮助骨愈合后溶。锌正在成为下一代生物可降解植入物的关键材料。

　　生物可降解锌合金正逐渐成为骨科植入物的替代品，因为它们在降解时不会产生氢气，而且锌离子会刺激骨的形成。虽然纯锌具有生物相容性，但其低强度（30 MPa）限制了其在承载应用中的使用。

　　2、强化锌合金用于骨科植入物是具有挑战性的传统的强化方法（如减小晶粒尺寸）虽然可以提高强度，但在体温（37°C）下，超细晶Zn-Li合金会失去抗蠕变能力，超过金属蠕变的0.4阈值。优化晶粒尺寸以平衡强度和抗蠕变能力是关键，但目前仍面临挑战。

　　有鉴于此，莫纳什大学聂剑锋教授等人研究表明，在保持基本结构的同时，增加微米级晶粒尺寸，可以获得超高强度和优异耐久性的锌合金。在这种相反的Hall-Petch效应中，主要的变形模式由原始晶粒尺寸时的晶间晶界滑动和动态再结晶转变为增大晶粒尺寸时的晶内锥体滑移和异常孪晶。反常孪晶的作用，在这项工作中被称为“调节孪晶”，是在垂直于外部加载方向的平面上调节改变的晶粒形状，而众所周知的“机械孪晶”的作用是沿外部加载方向传递塑性。这些稀锌合金所达到的强度水平几乎是由镁合金制成的可生物降解植入物的两倍，使它们成为目前所知的最强和最稳定的可生物降解合金，可用于制造骨固定植入物。

　　作者发现，锌合金的屈服强度随晶粒尺寸增大而提高，与传统Hall-Petch效应相反，异常孪晶现象适应相邻晶粒形状变化，而非仅响应外部应力。

　　作者发现锌合金中存在一种特殊的“调节孪晶”，它们在垂直于压缩方向的横截面上形成，用于适应晶粒形状的变化，保持相邻晶粒的内聚力。

　　作者证实了Zn-Mg合金及其衍生合金表现出相反的Hall-Petch现象，屈服强度随晶粒尺寸增大而提高，且具有良好的生物相容性。

　　作者通过增大晶粒尺寸来增强锌合金的强度。增大晶粒尺寸后，锌合金的强度几乎达到了可生物降解镁植入物的两倍。这种增加的强度不会使合金更容易发生蠕变变形pg游戏网站，，从而提高了合金在生理条件下的稳定性。

　　作者发现了 “调节孪晶”，能够更好地适应相邻晶粒的形状变化，从而在保持合金基本结构的同时提高其塑性适应性，为理解锌合金的变形机制提供了新的视角，为设计更强大的生物可降解植入物提供了理论支持。

　　作者发现，通过设计晶粒尺寸和取向，可以显著改变锌合金的变形模式和力学性能。实验表明，晶粒尺寸从11 µm增加到47 µm时，锌合金的屈服强度反而提高，pg麻将胡了游戏试玩，这与传统的Hall-Petch关系相矛盾。细晶样品（11 µm）在压缩过程中主要通过晶界滑动和动态再结晶来适应变形，而粗晶样品（47 µm）则通过晶内锥体滑移和异常孪晶来调节变形。这种异常孪晶能够适应相邻晶粒形状的变化，而不仅仅是响应外部应力。此外，在低温（类似液氮温度）条件下，粗晶样品的屈服强度显著高于细晶样品，分别为983 MPa和800 MPa。这种现象表明，晶粒尺寸的增加不仅提高了锌合金的强度，还增强了其在低温下的塑性变形能力。这些发现为开发高强度、高耐久性的生物可降解锌合金提供了新的思路。

　　图 Zn-0.2 wt% Mg合金d3试样挤压过程中沿挤压方向的组织演变

　　作者观察到一种特殊的“调节孪晶”现象，与传统的“机械孪晶”不同。调节孪晶在垂直于压缩方向的横截面上形成，适应晶粒形状的变化，保持相邻晶粒的内聚力，而机械孪晶则沿外部应力方向提供塑性。调节孪晶的形成独立于外部应力的施密德因子，且仅在多晶中出现，对宏观塑性应变无贡献，而是对塑性变形的一种基本反应。在具有基底织构的多晶锌合金中，由于c/a比超过√3，{0112}孪晶在沿挤压方向的压缩过程中不会形成，这与孪晶的极性性质和低临界分解剪切应力（CRSS）有关。调节孪晶通过改变弹性硬的⟨0110⟩或⟨2110⟩方向为弹性软的[0001]方向，提供塑性和弹性调节，有助于均匀分布应变，防止应力集中，从而提高延性。研究表明，调节孪晶的形成是对邻近晶粒在塑性变形过程中施加的净局部应力的响应，有助于协调变形，防止局部应力集中。

　　作者发现，具有完整基底织构的Zn-Mg合金表现出相反的Hall-Petch现象，即晶粒尺寸增大时屈服强度反而提高。例如，Zn-0.2 wt% Mg合金及其衍生合金（合金B）的屈服强度超过400 MPa，且粗晶合金B的抗蠕变性能显著优于细晶合金。此外pg游戏网站，，合金B的抗剪强度也表现出相反的Hall-Petch现象，而抗拉屈服强度和抗弯强度则未观察到此现象。合金B的体外生物腐蚀实验表明，pg麻将胡了游戏试玩，其生物降解速率受生理环境影响，体内降解率与锌合金植入物在大鼠和小鼠中的降解率相当，但比临床批准的镁合金骨科植入物慢。这些锌合金的元素对人体有益，其体内降解后释放的元素量远低于人体每日推荐摄入量。细胞相容性试验显示，这些锌合金具有良好的生物相容性，稀释后的细胞毒性符合ISO 10993-5标准。因此，这些锌合金是骨科应用的有希望的候选材料。

　　总之，本工作通过设计晶粒尺寸和取向，成功开发出一种更强、更耐用的可生物降解锌合金。结果表明，微米级晶粒尺寸的增加显著提升了基底织构的抗压强度，这种反向Hall-Petch效应使变形模式从晶间滑动和动态再结晶转变为晶内锥体滑移和罕见孪晶。与临床批准的Mg-0.4Zn-0.1Ca镁合金相比，该锌合金的抗压屈服强度、抗剪强度、抗弯强度和抗蠕变性能显著更高pg游戏网站，。

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