納米材料強(qiáng)度表征技術(shù)難題，這個(gè)發(fā)現(xiàn)解決了！
導(dǎo)讀：在本研究工作中，研究人員首次將地球科學(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)造性地解決了納米材料強(qiáng)度表征的技術(shù)難題。
近日，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)研究中心陳斌研究員團(tuán)隊(duì)等合作，在《Nature》上發(fā)表題為“High pressure strengthening in ultrafine-grained metals（超細(xì)晶金屬的高壓強(qiáng)化）”的研究成果，黃曉旭教授為共同通訊作者，重慶大學(xué)為共同通訊單位，材料學(xué)院青年教師馮宗強(qiáng)為共同第一作者，黃天林副教授為共同作者。該研究成果是重慶大學(xué)在材料科學(xué)領(lǐng)域，繼2019年7月作為通訊單位在《Science》上發(fā)表研究成果之后的又一重要進(jìn)展。
研發(fā)具有更高強(qiáng)度的材料是材料科學(xué)追求的重要目標(biāo)之一。材料的強(qiáng)度與其微觀組織特征密切相關(guān)。通常，材料的微觀組織單元（稱為“晶?！保┰郊?xì)小，其強(qiáng)度就越高，這一規(guī)律也正是研究納米材料的主要驅(qū)動(dòng)力。但是，過去二十年來，許多計(jì)算機(jī)模擬研究和部分實(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)度不僅不提高，反而會(huì)下降。
一般認(rèn)為這一軟化現(xiàn)象是由于納米材料中晶粒之間的界面的滑動(dòng)主導(dǎo)了其塑性變形所致。然而，由于高質(zhì)量大尺寸納米晶材料制備的困難，很難準(zhǔn)確測(cè)量晶粒尺寸小于15納米材料的機(jī)械性能，所以對(duì)于晶粒尺寸更細(xì)的納米金屬而言，其強(qiáng)度與晶粒尺寸關(guān)系的建立仍需要最直接和可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
在本研究工作中，研究人員首次將地球科學(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)造性地解決了納米材料強(qiáng)度表征的技術(shù)難題。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。通過對(duì)納米純金屬鎳進(jìn)行高壓變形研究，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度隨著晶粒尺寸減小持續(xù)提高，而且更為吃驚的是，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。塑性計(jì)算模擬和透射電子顯微鏡分析表明，高壓變形抑制了納米材料中的晶界滑動(dòng)，并促進(jìn)了起強(qiáng)化作用的晶體缺陷（位錯(cuò)）的儲(chǔ)存，從而導(dǎo)致高壓細(xì)晶強(qiáng)化。
上述發(fā)現(xiàn)將會(huì)進(jìn)一步刷新人們對(duì)納米材料強(qiáng)化中臨界晶粒尺寸現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，重新激發(fā)通過調(diào)控材料的晶粒尺寸和微觀結(jié)構(gòu)獲得超強(qiáng)金屬的探索。
來源：（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/漫道）