近日，美國(guó)《科學(xué)》雜志報(bào)道了我國(guó)學(xué)者在金屬材料研究領(lǐng)域獲得的新發(fā)現(xiàn)。評(píng)審人認(rèn)為，作者在利用納米孿晶強(qiáng)化材料本質(zhì)方面獲得了具有重大意義的發(fā)現(xiàn)，不但豐富和拓寬了人們對(duì)納米尺度材料塑性變形的本質(zhì)認(rèn)識(shí)，同時(shí)也為進(jìn)一步發(fā)展高性能納米結(jié)構(gòu)材料及其應(yīng)用提供了重要線索。
　　
　　由中科院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室盧磊研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組與盧柯研究員、丹麥Risf國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的黃曉旭博士合作，利用共格孿晶界獨(dú)特的穩(wěn)定界面結(jié)構(gòu)獲得了具有超細(xì)特征尺寸的納米結(jié)構(gòu)金屬，并發(fā)現(xiàn)減小孿晶片層厚度將增加材料的強(qiáng)度。這一發(fā)現(xiàn)表明當(dāng)純金屬的特征尺寸降低至納米量級(jí)時(shí)，由于塑性變形機(jī)制的變化會(huì)導(dǎo)致極值強(qiáng)度的出現(xiàn)，同時(shí)表現(xiàn)出一般金屬材料所不具備的超高加工硬化效應(yīng)。
　　
　　盧磊及其合作者采用脈沖沉積技術(shù)通過(guò)細(xì)致的工藝探索在純銅樣品中成功地將孿晶片層平均厚度減小到約4nm，并發(fā)現(xiàn)減小孿晶片層厚度材料的強(qiáng)度增加。當(dāng)孿晶片層厚度為15nm時(shí)，材料強(qiáng)度達(dá)到最大值。進(jìn)一步減小孿晶片層，強(qiáng)度反而減小、出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。隨孿晶片層減小，樣品的塑性和加工硬化能力單調(diào)增加。當(dāng)孿晶片層小于10nm時(shí)，其加工硬化系數(shù)超過(guò)了粗晶純銅的加工硬化系數(shù)。
　　
　　塑性變形過(guò)程中共格孿晶界可有效阻礙位錯(cuò)，具有和普通晶界相似的強(qiáng)化作用。同時(shí)，共格孿晶界又可作為位錯(cuò)的滑移面吸納大量位錯(cuò)，與普通晶界相比孿晶界結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，其過(guò)剩能僅為普通晶界的1/10。因此，納米孿晶結(jié)構(gòu)從能量上要比相同化學(xué)成分的納米晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定很多，這種穩(wěn)定的超細(xì)納米孿晶結(jié)構(gòu)的獲得不僅是傳統(tǒng)材料制備技術(shù)的突破，同時(shí)也為深入研究金屬材料力學(xué)行為的納米尺寸效應(yīng)提供了可能。