金屬是由微小晶粒組成，晶界越多，金屬就越不易變形，強(qiáng)度就越大。但此方法也有極限：當(dāng)晶粒尺寸降至10-15納米時(shí)，晶界發(fā)生滑移、遷移等塑性變形，導(dǎo)致金屬在應(yīng)力下變軟。這是困擾材料學(xué)界的“尺寸軟化”難題。
中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究團(tuán)隊(duì)與遼寧材料實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)合作，提出并實(shí)現(xiàn)了“納米負(fù)能界面”強(qiáng)化新策略，在鎳基合金中構(gòu)筑極高密度穩(wěn)定界面，可提升材料剛度，使材料強(qiáng)度逼近理論極限。
研究團(tuán)隊(duì)在鎳基合金中，通過(guò)電化學(xué)沉積結(jié)合非晶晶化方法，讓金屬原子以?xún)煞N極其緊密的方式交替堆疊，原子相互采用榫卯結(jié)構(gòu)連接，層與層之間僅有0.7納米，形成了更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，材料內(nèi)部總能量沒(méi)有增加，反而降低了“負(fù)能界面”。
這種充滿(mǎn)“負(fù)能界面”的新型金屬的屈服強(qiáng)度高達(dá)5.08GPa，超過(guò)傳統(tǒng)納米晶與納米孿晶鎳基材料，接近理論強(qiáng)度極限，能夠和高性能陶瓷相當(dāng)。該金屬的楊氏模量大幅提升，達(dá)到254.5GPa，超過(guò)同成分的非晶金屬和金屬化合物。這意味著“負(fù)能界面”新型金屬實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度與剛度的同步提升。不僅更難被永久壓壞，也更難被彈性壓彎，即“又強(qiáng)又韌”。
“納米負(fù)能界面”強(qiáng)化策略可廣泛應(yīng)用于多種材料體系。該成果揭示通過(guò)構(gòu)筑極限尺度的穩(wěn)定“負(fù)能界面”，可以有效調(diào)控晶體材料的原子鍵合狀態(tài)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)材料強(qiáng)度和模量的跨越式提升。為未來(lái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)接近理論強(qiáng)度極限的新一代超強(qiáng)超穩(wěn)金屬材料，提供了新的科學(xué)原理和技術(shù)路徑。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)》（Science）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金杰出青年基金和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)等的支持。
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通過(guò)在鎳基過(guò)飽和固溶體合金中構(gòu)筑極高密度穩(wěn)定的“負(fù)能界面” (A、B)，有效阻礙位錯(cuò)及界面運(yùn)動(dòng)，完全抑制塑性變形，顯著提升楊氏模量(C、D)，提升材料強(qiáng)度接近理論極限
本文鏈接：“負(fù)能界面”極限納米金屬研究獲進(jìn)展http://www.sq15.cn/show-12-2073-0.html
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