科技日報沈陽11月12日電（記者張?zhí)N）12日，記者從遼寧材料實驗室獲悉，該實驗室與中國科學(xué)院金屬研究所聯(lián)合研究團隊近日取得重大技術(shù)突破。研究人員在金屬中發(fā)現(xiàn)“負能界面”，成功實現(xiàn)亞納米結(jié)構(gòu)合金強化，使材料強度逼近理論極限的同時，顯著提升彈性模量。這種極限尺度穩(wěn)定界面能夠改變晶格的原子鍵合狀態(tài)，從而大幅度提升性能，為下一代高性能金屬材料的設(shè)計開辟了全新維度。這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著金屬材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控進入到亞納米尺度，相關(guān)成果近日在國際期刊《科學(xué)》上發(fā)表。

長期以來，提高金屬強度是材料領(lǐng)域的核心研究目標(biāo)。將結(jié)構(gòu)細化到納米尺度形成高密度界面，是金屬的主要強化途徑之一。盧柯研究員帶領(lǐng)團隊，利用穩(wěn)定的低能孿晶界在金屬銅中構(gòu)建納米孿晶結(jié)構(gòu)，使銅的強度提升10倍以上，并保持高導(dǎo)電性。然而，當(dāng)孿晶層片厚度低于約10納米時，孿晶結(jié)構(gòu)失穩(wěn)導(dǎo)致材料軟化，結(jié)構(gòu)無法進一步細化。因此，如何突破尺寸極限、持續(xù)提升金屬強度，成為一項重大難題。

遼寧材料實驗室黨委副書記、副主任李秀艷在接受科技日報記者專訪時介紹，盧柯研究員團隊長期致力于金屬材料結(jié)構(gòu)調(diào)控與性能突破研究。2018年，該團隊*發(fā)現(xiàn)，當(dāng)納米金屬的晶粒小于70納米時，晶界能量下降，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不降反升，這顛覆了傳統(tǒng)“納米晶粒越小越不穩(wěn)定”的認知。2020年，團隊進一步探索晶粒尺寸極限，將純銅晶粒細化至4—5納米時，發(fā)現(xiàn)材料轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N新結(jié)構(gòu)，晶界呈現(xiàn)三維周期性極小面特征，將其命名為“受限晶體”。在*新研究中，團隊聚焦尺度更小的界面結(jié)構(gòu)（平均0.7納米/3—4原子層）。

“我們通過電化學(xué)沉積結(jié)合非晶化方法，發(fā)現(xiàn)在Ni-Mo合金中存在一種過剩能為負的界面。這種界面比孿晶界面更加穩(wěn)定，顯著提升了合金的強度和彈性模量�！崩钚闫G說，該研究不僅突破了現(xiàn)有材料理論的認知，*證實界面過剩能可以為負，而且在Ni-W等其他材料體系也發(fā)現(xiàn)了亞納米“負能界面”強化效應(yīng)。相關(guān)合金已取得中試成果，有望推動高精密耐磨部件的技術(shù)升級。

相關(guān)新聞