研究發現獲得高強度金屬新途徑

　　最近，北京高壓科學研究中心研究員陳斌與重慶大學教授黃曉旭帶領的研究團隊在高壓下發現了納米鎳持續強化的現象，以及3納米鎳在高壓下的強度可達到普通商用鎳強度的10倍之多。

　　該研究為獲得高強度金屬提供了一種新思路：高壓細晶強化。相關研究日前發表于《自然》雜志。

　　通常情況下，晶粒越小，其強度越高。但是，科學家通過計算發現，當晶粒細化到大約15~10納米以下時，納米金屬的強度不再增加，反而減小——表現出軟化現象。對于晶粒更細（小于15納米）的納米金屬，伴隨尺寸是否會變軟或更強一直是一個謎題。這是因為傳統實驗手段對如此細小材料強度的測量面臨極大的挑戰。

　　該研究團隊率先將一種用于地學礦物研究的技術引入到納米材料的壓縮變形研究。他們對200納米至3納米（總共8個晶粒尺寸）的金屬鎳進行了高壓下的形變對比研究，發現金屬鎳的壓縮強度隨著晶粒尺寸的減小而持續增加，3納米鎳樣品的強度可以達到傳統鎳強度的10倍之多。

　　進一步的理論計算及透射電子顯微鏡測量表明，20納米以下的樣品中出現的偏位錯以及高壓對晶界塑性形變的極大抑制是小尺寸樣品強化的關鍵。研究人員在另外兩種金屬金和鈀中也觀測到了類似的細晶強化現象。因此該研究提供了一種獲得高強度金屬的普適途徑——壓縮納米金屬獲得高強度。

　　“以前的研究表明，納米晶細化到一定尺寸會軟化。我們的研究表明壓縮可以有效壓制納米晶界的塑性變形，從而抑制了軟化，因此可以幫助我們獲得高強度的納米金屬材料。”陳斌解釋說，“制備出實用的高強度納米金屬應該不會遙遠了。”

　　據了解，陳斌團隊一直致力于納米材料高壓下的形變研究。他們曾首次實驗觀測到3納米的金屬鎳中依然存在位錯滑移的變形機制，并利用高壓微區勞厄X射線衍射法，首次觀察到納米金屬顆粒轉動幅度的臨界尺寸。

　　該工作的共同第一作者是周曉玲、馮宗強、朱林利、許家寧。

　　圖片說明：納米顆粒越細，變形越小，即強度越高。