近日，遼寧材料實驗室與中國科學(xué)院金屬研究所聯(lián)合研究團隊在金屬材料強化領(lǐng)域取得重大突破，首次發(fā)現(xiàn)金屬中存在“負能界面”，使金屬材料結(jié)構(gòu)調(diào)控進入亞納米尺度，可將金屬材料強度提升至接近理論極限。相關(guān)成果日前正式發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》周刊上。

提高金屬強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)細化到納米尺度形成高密度界面是金屬的一種主要強化途徑。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)細化金屬結(jié)構(gòu)。2004年，我國科研團隊利用穩(wěn)定的低能孿晶界在金屬銅中獲得納米孿晶結(jié)構(gòu)，使銅的強度提升10倍以上并保持高導(dǎo)電性，近年來在各類合金、半導(dǎo)體和陶瓷材料中均實現(xiàn)了納米孿晶強化。

近期，遼寧材料實驗室與中國科學(xué)院金屬研究所聯(lián)合研究團隊發(fā)現(xiàn)，金屬中存在一種比孿晶界更穩(wěn)定的界面——“負能界面”。研究人員在含有Mo的Ni過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過剩能，比孿晶界能量更低，可以獲得極高的界面密度，達到材料中的界面密度極限。專家介紹，極高密度“負能界面”具有本征穩(wěn)定性，可有效阻礙位錯及界面運動，完全抑制材料的塑性變形，從而將材料強度提升至接近理論極限。不同于傳統(tǒng)金屬強化方法通常會導(dǎo)致彈性模量的下降，“負能界面”在提高強度的同時顯著提升材料的彈性模量。這種“負能界面”強化機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)計開辟了全新的維度。未來在航空航天、高端裝備制造、微電子等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，將推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)向更高強度、更優(yōu)性能的材料需求突破。