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記者從中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心獲悉,該中心納米金屬科學(xué)家工作室李秀艷研究員、盧柯院士、周鑫特別研究助理與上海交通大學(xué)金朝暉教授合作,利用大量精細(xì)實(shí)驗(yàn)并結(jié)合模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn),當(dāng)晶粒尺寸降低到幾納米時(shí),純金屬銅多晶體會(huì)形成一種新型亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)——受限晶體結(jié)構(gòu)。11月13日,美國(guó)《科學(xué)》(Science)周刊報(bào)道了相關(guān)研究成果。
研究發(fā)現(xiàn),這種具有極小界面的三維結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出極高的熱穩(wěn)定性和力學(xué)穩(wěn)定性,在純銅的熔點(diǎn)以下不發(fā)生晶粒長(zhǎng)大,其強(qiáng)度接近理論強(qiáng)度。這一重要發(fā)現(xiàn)表明,除非晶固態(tài)外,多晶體金屬在晶粒極細(xì)時(shí)還存在另外一種亞穩(wěn)固體狀態(tài),其穩(wěn)定性甚至遠(yuǎn)高于非晶固體。
研究人員利用兩步低溫塑性變形技術(shù),成功地將純銅薄片的晶粒尺寸降低到10nm以下。顯微結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn),這種極細(xì)的多晶體中呈現(xiàn)出典型的類(lèi)似水油不互溶雙連續(xù)相中常見(jiàn)的流形結(jié)構(gòu),經(jīng)系統(tǒng)表征納米晶粒的尺寸、形態(tài)、取向及分布等,許多極小晶粒具有規(guī)則的Kelvin截角八面體形態(tài),并且存在相當(dāng)數(shù)量的低能界面。
結(jié)合這些結(jié)構(gòu)特征和分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算,研究人員發(fā)現(xiàn)這種極細(xì)晶粒之間的界面具有一種極小界面結(jié)構(gòu)特征,這種被稱(chēng)為Schwarz-D界面的平均曲率為零,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性很強(qiáng)。同時(shí),極細(xì)晶粒中大量低能孿晶界又進(jìn)一步約束了這種極小界面,使其穩(wěn)定性更高。因此,這種具有受限極小界面結(jié)構(gòu)的多晶體能夠表現(xiàn)出極高的熱穩(wěn)定性和力學(xué)穩(wěn)定性。
據(jù)介紹,受限晶體結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn),為探索固態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)基本特征及其新性能開(kāi)辟了一個(gè)全新空間,也為研發(fā)高穩(wěn)定性金屬材料及制造工藝提供了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。(科技日?qǐng)?bào) 記者郝曉明)
