燕山大學繼Nature子刊后時隔三月又發Nature正刊:高韌性金剛石復合材料

nanoCJ 3年前 (2020-06-18) 5360瀏覽

【引言】

硬度和韌性（防止斷裂）之間的平衡對材料性能提升至關重要，這一點在金剛石中體現得尤為明顯。通過納米構造策略既可以增加金剛石硬度，同時也可以韌化金剛石。為了進一步提高材料韌性，研究人員還發明了仿生復合增韌、轉變增韌以及雙相增韌等策略。然而這些策略卻還未在金剛石類材料上實現增韌效果。

【成果簡介】

燕山大學的周向鋒、田永君以及北航的郭林（共同通訊作者）聯合團隊在Nature發文研究表征了金剛石復合材料。這種復合材料由金剛石多型（polytypes）、交織的納米孿晶以及連鎖的納米晶粒分級組裝而成。研究表明，相比于納米構造策略，這一分級結構能夠在不犧牲材料硬度的同時顯著增強復合材料的韌性——增強的韌性更是超越鎂合金達到人造金剛石的五倍之多。機理研究發現，當斷裂產生時，裂縫通過3C（cubic）多型中納米孿晶進行Z型擴散；當裂痕遇到非3C多型區域時，則會促使斷裂表面附局部地轉變成3C金剛石。以上兩種裂痕擴散過程都會驅散減弱應變能，從而增強材料韌性。因此，文章認為這一發現能夠在超硬材料以及工程陶瓷領域有所應用。2020年06月17日，相關成果以題為“Hierarchically structured diamond composite with exceptional toughness”的文章在線發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖1 nt-金剛石復合材料的典型微結構