Acta Mater.：“魚翅”與“熊掌”兼得的多級納米孿晶材料

【引言】

材料科學工作者們為提高材料力學性能付出了諸多努力，但是材料在強度提高的同時總是伴隨塑性下降，這就是我們熟悉的強度-塑性倒置關系。因此，如何提高材料的綜合力學性能仍然是材料科學領域的研究熱點。

【成果簡介】

近日，香港城市大學-中國科學院納米材料與力學聯合實驗室的呂堅教授與盧柯教授課題組合作研制的多級納米孿晶結構在大幅提高材料強度的同時保持了很好的塑性，相關研究工作以“High-order hierarchical nanotwins with superior strength and ductility”為題發表在Acta Materialia上，文章第一作者為劉曉偉博士，通訊作者為呂堅教授。該研究在純金屬銀材料中成功制備得五級納米孿晶結構，并首次從晶體學的角度系統地分析了各級納米孿晶之間的相互關系。此外，結合分子動力學模擬，該工作清晰地表示了多級納米孿晶結構的空間分布狀態。通過對多級納米孿晶結構純銀材料的力學性能測試，該工作研究表明：在材料強度大幅提高的同時塑性只有少許下降。與其他結構的不同之處在于，多級納米孿晶結構具有能明顯的提高材料綜合力學性能的優勢。通過構建模型，該工作分析了材料內形成多級納米孿晶結構的條件，為人們進一步提高材料力學性能的提供理論依據。

【圖文導讀】

圖1. 多級納米孿晶結構表征及晶體學分析

（a）典型的納米孿晶結構及對應的衍射斑點；
（b）二級納米孿晶結構及對應的二級衍射斑點；
（c）三級納米孿晶結構，紅藍粉色箭頭分別標示了一到三級納米孿晶的方向，左下角插圖標示出了該三級納米孿晶之間的夾角；
（d）四級納米孿晶結構，紅藍粉黃分別標示了一到四級各級納米孿晶的方向，左下角插圖標示出來了各級孿晶之間的夾角；
（e，f）分子動力學模擬的三級納米孿晶結構的原子結構分布；
（g，h）分子動力學模擬的四級納米孿晶結構的原子結構分布。

圖2. 多級納米孿晶結構的高分辨圖像及五級納米孿晶形貌

（a）三級納米孿晶的高分辨原子結構圖像，紅藍粉色圓圈表征了所在區域的原子分布，對應折線表示孿晶的形成過程；
（b，c）原子層錯排形成孿晶的具體過程的示意圖；
（d）五級孿晶的低倍TEM表征；
（e）與圖（d）中對應的方框區域的高倍TEM圖像。

圖3. 多級納米孿晶結構的力學性能

（a）不同處理條件下獲得的不同結構的銀材料的力學性能表征；
（b）與其他先進結構材料的綜合力學性能進行比較。

圖4. 分子動力學模擬多級納米孿晶的形態分布

?圖中綠色和黃色放大區域分別對應二級和三級納米孿晶在一級納米孿晶兩邊的分布狀態。粉色放大區域展示了分位錯擴展下的二級納米孿晶形成過程及細節。

【文獻信息】

文獻鏈接：High-order hierarchical nanotwins with superior strength and ductility(Acta Mater. 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.01.047).

本文由呂堅教授課題組提供，特此感謝！

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