在金屬材料的世界里，有一個“不可能三角”規律，即：金屬的強度、塑性、穩定性，這三者不可兼得，此消彼長。我國科學家經過多年研究，提出了一種全新的結構設計思路，成功讓金屬材料在保持強度和塑性的同時，大幅提升穩定性。這一成果于北京時間4月4日凌晨在國際學術期刊《科學》發表。
中國科學院金屬研究所的科研人員告訴記者，金屬材料不穩定的原因是在金屬中存在一種缺陷，專業人員稱之為“位錯”。當金屬受到單向波動外力時，位錯會移動、積累，悄悄形成不可逆轉的變形和裂紋，最終導致突然的斷裂。這種損傷破壞了材料的穩定性，就像是金屬的慢性病，不易被發現，但后果嚴重。
如何克服金屬材料天生的這種缺陷呢？科研人員提出了一種全新的結構設計思路，通過控制金屬往復扭轉的特定工藝參數，在其內部引入一種空間梯度有序分布的亞微米尺度穩定位錯結構，相當于在金屬材料內植入了精心設計的亞微米尺度的三維“防撞墻”筋骨網絡，從而阻礙位錯活動。
中國科學院金屬研究所研究員盧磊告訴記者，科研團隊通過被稱為循環扭轉的技術，在晶粒內部搭起來結構單元尺寸只有頭發絲尺寸的三百分之一的“鋼筋骨架”，也叫位錯胞。在金屬材料變形的時候，位錯胞要發揮關鍵作用。當外力來襲時，在內部會形成比頭發絲還要細萬倍的更密集的“防撞墻”，如同給金屬的筋骨網絡內又注入了會自動演化的納米“減震器”，賦予了金屬令人驚嘆的“遇強更強”的超能力，而且整個強化的過程可以做到均勻發生，不會出現局域變形導致的損傷。
據了解，目前團隊做出來的這種搭完“鋼筋骨架”的金屬材料抗循環蠕變的能力，要比傳統的金屬材料提高一百到一萬倍。其特點在于不改變金屬的形狀、尺寸、表面狀態，但金屬材料的服役穩定性大幅提升。這一新突破對現代工業中例如航空發動機、壓力容器等方面的研發制造具有十分重要的意義。
（總臺央視記者帥俊全，褚爾嘉）
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