鎳在美國(guó)生活中無(wú)處不在，在口袋里翻滾，在汽車(chē)座椅下滾動(dòng)，從烘干機(jī)后面出來(lái)，一次又一次地用于無(wú)數(shù)次購(gòu)買(mǎi)。但是這些有彈性且看起來(lái)不起眼的硬幣的生產(chǎn)成本也很高。鎳幣，這個(gè)硬幣自己的名字，已成為許多現(xiàn)代產(chǎn)品中的珍貴成分，推動(dòng)市場(chǎng)價(jià)值如此之多，以至于有時(shí)使5美分硬幣成本高達(dá)7美分。

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)的一個(gè)研究小組與美國(guó)造幣廠合作，確定了一種替代方法，可以將鎳材料的成本降低40%。這種方法每一點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生硬幣和舊鎳的硬幣，但對(duì)于美國(guó)公民來(lái)說(shuō)也是如此熟悉。

作為一項(xiàng)額外的好處，這項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)也產(chǎn)生了一些結(jié)果，可以幫助尋求新材料的高科技公司用于彈性電子產(chǎn)品，如手機(jī)和筆記本電腦，以及各種激進(jìn)的新顏色。

硬幣的制造是一個(gè)復(fù)雜而苛刻的過(guò)程。例如，硬幣不得在潮濕的手掌中腐蝕。印在他們臉上的圖像必須具有足夠的彈性，能夠承受數(shù)十年的商業(yè)活動(dòng)，偶爾會(huì)穿過(guò)衣物。它們的金屬光澤必須始終是可識(shí)別的，并且厚度和密度均勻。

雖然購(gòu)買(mǎi)口香糖或蘇打水的普通顧客看不到，但所有美國(guó)硬幣還必須包含預(yù)定量的電導(dǎo)率才能在自動(dòng)售貨機(jī)中工作，自動(dòng)售貨機(jī)使用小型儀表來(lái)確定硬幣的貨幣簽名。如果沒(méi)有這個(gè)關(guān)鍵特性，停車(chē)計(jì)時(shí)器或汽水機(jī)將不計(jì)入您的鎳。

在許多方面，鎳生產(chǎn)挑戰(zhàn)是NIST材料基因組計(jì)劃(MGI)的理想匹配，該計(jì)劃始于2011年，其雄心勃勃的目標(biāo)是在保持成本的同時(shí)減少新材料進(jìn)入市場(chǎng)至少一半的時(shí)間低。MGI一直在構(gòu)建開(kāi)發(fā)各種新材料所需的計(jì)算和IT工具，以用于各種制造應(yīng)用。

NIST科學(xué)家Carelyn Campbell說(shuō)：“重新考慮鎳是我們第一次能夠部署新的MGI工具來(lái)為特定應(yīng)用設(shè)計(jì)材料。” “我們對(duì)結(jié)果非常滿(mǎn)意。”

NIST團(tuán)隊(duì)向后工作，首先確定新鎳件的理想質(zhì)量，然后確定可能需要哪些合金和程序才能使其成為現(xiàn)實(shí)。美國(guó)造幣廠還概述了一些特定地點(diǎn)的限制; 也就是說(shuō)，新硬幣必須使用丹佛和費(fèi)城的現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施生產(chǎn)，兩者都使用特定類(lèi)型的緩冷程序。

顏色證明特別具有挑戰(zhàn) 雖然大多數(shù)人不會(huì)認(rèn)為硬幣具有特殊的色調(diào)或色調(diào)，但是硬幣收藏家是一個(gè)要求很高的群體，并且經(jīng)常會(huì)拒絕甚至略微偏離音調(diào)的硬幣，并且收藏家在金錢(qián)市場(chǎng)上占據(jù)了相當(dāng)大的份額。一般公眾也可能不相信太橙或太黃的硬幣。但顏色通常是一個(gè)主觀標(biāo)準(zhǔn)，而且很難用任何可靠的標(biāo)準(zhǔn)量化或復(fù)制。

在這種情況下，MGI過(guò)程的使用證明是非常有用的 - 即使研究人員自己也對(duì)結(jié)果的有效性感到驚訝。從彈性，導(dǎo)電性和顏色的一系列參數(shù)開(kāi)始，該團(tuán)隊(duì)能夠生產(chǎn)出新的銅，鎳和鋅混合物，比以前的金屬混合物便宜40%。

該團(tuán)隊(duì)嚴(yán)重依賴(lài)于一種稱(chēng)為綜合計(jì)算材料工程(ICME)框架的材料設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該方法使用大量計(jì)算機(jī)建模來(lái)發(fā)現(xiàn)不同組件在混合在一起時(shí)的反應(yīng)。在這種情況下，那些組分是金屬合金。

實(shí)驗(yàn)工作既昂貴又耗時(shí)，而在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行模型非?？焖偾冶阋恕Ｎ覀兊南敕ㄊ鞘褂酶嗟挠?jì)算資源和工具來(lái)完成設(shè)計(jì)階段的工作，以減少?gòu)臉?gòu)思到現(xiàn)實(shí)所需的時(shí)間和成本。

“在一年之內(nèi)，我們能夠組建一個(gè)合金設(shè)計(jì)框架，識(shí)別并使用我們的模型來(lái)獲得正確的合金，然后前進(jìn)并實(shí)際制作原型，測(cè)試它并發(fā)現(xiàn)我們確實(shí)遇到了所有合金我們的目標(biāo)，“NIST項(xiàng)目負(fù)責(zé)人兼材料工程師Eric Lass說(shuō)。Lass也是新論文的高級(jí)作者。過(guò)去，這樣的工作需要幾年時(shí)間。

結(jié)果可能會(huì)使美國(guó)造幣廠節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元。此外，一些生產(chǎn)高科技產(chǎn)品的公司已經(jīng)對(duì)結(jié)果表現(xiàn)出興趣，因?yàn)橄M(fèi)者對(duì)耐用的電子產(chǎn)品有強(qiáng)烈需求，但也有各種顏色可供選擇，如金屬粉色。

目前還沒(méi)有任何關(guān)于是否有人在洗衣日積極追求可以通過(guò)熱洗衣機(jī)轉(zhuǎn)彎的電話(huà)的消息。