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(tuán)隊近日取得重大技術(shù)突破——在金屬中發(fā)現(xiàn)“負(fù)能界面”，成功實現(xiàn)亞納米結(jié)構(gòu)合金強(qiáng)化，使材料強(qiáng)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)計開辟了全新的維度。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)入到亞納米尺度，相關(guān)成果于11月6日發(fā)表在國際頂級期刊《科學(xué)》上。
Ni（26 at.%Mo）過飽和固溶體的微觀結(jié)構(gòu)。遼寧材料實驗室供圖
提高金屬強(qiáng)度是長期以來材料領(lǐng)域的核心研究目標(biāo)，通過結(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。近幾十年來，世界各國一直致力于探索穩(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)。盧柯（九三學(xué)社中央副主席）研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊利用穩(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。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(jìn)一步細(xì)化。如何突破尺寸極限，持續(xù)提升金屬強(qiáng)度成為一項重大難題。
團(tuán)隊成員李冏晛指導(dǎo)學(xué)生配置鍍液，利用旋轉(zhuǎn)圓盤電極測定電化學(xué)沉積的生長動力學(xué)機(jī)理?？萍既請笥浾?張?zhí)N 攝
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(tuán)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年首次發(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，顛覆傳統(tǒng)“納米晶粒越小越不穩(wěn)定”的認(rèn)知。2020年，團(tuán)隊進(jìn)一步探索晶粒尺寸極限，將純銅晶粒細(xì)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”。在最新研究中，團(tuán)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(fù)的界面，比孿晶界面更加穩(wěn)定，并顯著提升了合金的強(qiáng)度和彈性模量。”李秀艷說，該研究不僅突破了現(xiàn)有材料理論的認(rèn)知，首次證實界面過剩能可以為負(fù)，而且在Ni-W等其他材料體系也發(fā)現(xiàn)了亞納米“負(fù)能界面”強(qiáng)化效應(yīng)。相關(guān)合金已取得中試成果，有望推動我國高精密耐磨部件的技術(shù)升級。
（盧柯為九三學(xué)社中央副主席。來源：科技日報 記者：張?zhí)N 原標(biāo)題：重大技術(shù)突破 我科學(xué)家在金屬中發(fā)現(xiàn)“負(fù)能界面”）
