重慶大學(xué):10納米純金屬?gòu)?qiáng)化現(xiàn)象迎來(lái)大突破
近日,重慶大學(xué)的最新研究成果上了《nature》期刊。2 月 24 日,重慶大學(xué)材料學(xué)院黃曉旭教授團(tuán)隊(duì)與北京高壓科學(xué)研究中心陳斌研究院團(tuán)隊(duì)等聯(lián)合在《nature》上發(fā)表了題為 High pressure strengthening in ultrafine-grained metals(超細(xì)晶金屬的高壓強(qiáng)化)的論文,該研究結(jié)果是材料科學(xué)領(lǐng)域的一大重要進(jìn)展。 ![]() 一直以來(lái),材料科學(xué)領(lǐng)域都在追求一個(gè)目標(biāo),即研發(fā)出具有更高強(qiáng)度的材料;其中,材料微觀組織的特征在一定程度上影響著材料的強(qiáng)度——通常來(lái)說(shuō), 材料的微觀組織單元(稱(chēng)為“晶!保┰郊(xì)小,其強(qiáng)度就越高。 然而,在過(guò)去的 20 年里,有不少計(jì)算機(jī)模擬研究和相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明,當(dāng)晶粒小于某個(gè)臨界尺寸(約 10 到 15 納米)時(shí),進(jìn)一步細(xì)化晶粒,材料的強(qiáng)度不升反降?茖W(xué)家們認(rèn)為,這一現(xiàn)象或許是因?yàn)榧{米材料中晶粒之間的界面發(fā)生了滑動(dòng),以致其塑性變形。 不過(guò),由于設(shè)備的限制,晶粒尺寸小于 15 納米的材料性能無(wú)法被準(zhǔn)確測(cè)量,所以,科學(xué)家們陷入了一個(gè)難題:對(duì)于晶粒尺寸更細(xì)的納米金屬而言,如何建立起材料強(qiáng)度與晶粒尺寸之間最直接可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 現(xiàn)在,黃曉旭教授團(tuán)隊(duì)與陳斌研究團(tuán)隊(duì)找到了解決之道。他們的研究首次將地球科學(xué)研究領(lǐng)域的高壓實(shí)驗(yàn)方法引入到了納米材料研究中,創(chuàng)造性地解決了之前的技術(shù)難題,并首次報(bào)道了晶粒尺寸在 10 納米以下的納米純金屬的強(qiáng)化現(xiàn)象。 通過(guò)對(duì)納米純金屬鎳進(jìn)行高壓變形研究,發(fā)現(xiàn)該材料的強(qiáng)度隨著晶粒尺寸減小持續(xù)提高,而且令研究人員更為吃驚的是,晶粒尺寸越小其強(qiáng)化效果越顯著。在所研究的最小晶粒尺寸(3 納米)樣品中,獲得了 4.2 GPa 的超高屈服強(qiáng)度,比常規(guī)商業(yè)純鎳強(qiáng)度提高了 10 倍。 |