近日，遼寧材料實(shí)驗(yàn)室與中國(guó)科學(xué)院金屬研究所聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在金屬材料強(qiáng)化領(lǐng)域取得重大突破，首次發(fā)現(xiàn)金屬中存在“負(fù)能界面”，使金屬材料結(jié)構(gòu)調(diào)控進(jìn)入亞納米尺度，可將金屬材料強(qiáng)度提升至接近理論極限。相關(guān)成果日前正式發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》周刊上。

提高金屬?gòu)?qiáng)度是長(zhǎng)期以來(lái)材料領(lǐng)域的核心研究目標(biāo)，通過(guò)結(jié)構(gòu)細(xì)化到納米尺度形成高密度界面是金屬的一種主要強(qiáng)化途徑。幾十年來(lái)，世界各國(guó)一直致力于探索穩(wěn)定的界面結(jié)構(gòu)，發(fā)展制備技術(shù)，持續(xù)細(xì)化金屬結(jié)構(gòu)。2004年，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)利用穩(wěn)定的低能孿晶界在金屬銅中獲得納米孿晶結(jié)構(gòu)，使銅的強(qiáng)度提升10倍以上并保持高導(dǎo)電性，近年來(lái)在各類合金、半導(dǎo)體和陶瓷材料中均實(shí)現(xiàn)了納米孿晶強(qiáng)化。

近期，遼寧材料實(shí)驗(yàn)室與中國(guó)科學(xué)院金屬研究所聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，金屬中存在一種比孿晶界更穩(wěn)定的界面——“負(fù)能界面”。研究人員在含有Mo的Ni過(guò)飽和固溶體合金中發(fā)現(xiàn)，面心立方與密排六方晶格之間的共格界面具有負(fù)過(guò)剩能，比孿晶界能量更低，可以獲得極高的界面密度，達(dá)到材料中的界面密度極限。專家介紹，極高密度“負(fù)能界面”具有本征穩(wěn)定性，可有效阻礙位錯(cuò)及界面運(yùn)動(dòng)，完全抑制材料的塑性變形，從而將材料強(qiáng)度提升至接近理論極限。不同于傳統(tǒng)金屬?gòu)?qiáng)化方法通常會(huì)導(dǎo)致彈性模量的下降，“負(fù)能界面”在提高強(qiáng)度的同時(shí)顯著提升材料的彈性模量。這種“負(fù)能界面”強(qiáng)化機(jī)制適用于多種合金體系。

這一重要發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著金屬材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控進(jìn)入亞納米尺度，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(jì)開(kāi)辟了全新的維度。未來(lái)在航空航天、高端裝備制造、微電子等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，將推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)向更高強(qiáng)度、更優(yōu)性能的材料需求突破。