盧柯團隊最新Science:銅金屬中的新型亞穩態結構—可維持高溫下的金屬強度

【引言】

由于金屬通常以多晶的形式存在，使得其具有無需的晶界，從而展現出了熱力學不穩定性質。在加熱升溫的過程中，晶界傾向于發生粗化現象而逐漸消失；抑或當晶粒變得足夠小時，晶界會發生亞穩態非晶轉變而被消除。這些現象表明，金屬無法在高溫下維持其結構，進而嚴重削弱了其強度性能并限制了金屬的進一步應用發展。

【成果簡介】

中科院金屬研究所的盧柯、李秀艷（共同通訊作者）等人通過實驗和分子動力學模擬在多晶純銅中發現了一種新型的亞穩態類型。研究顯示，當晶粒尺寸減小到幾個納米尺度時，孿晶界網絡能夠限制約束多晶體中的晶界，使其演變成三維的最小界面結構。在這一多晶結構中，即便溫度升高到熔點附近，晶粒粗化現象依然可被有效抑制，保證其強度不會大幅下降（依然接近銅的理論值）。因此，文章認為這一研究為納米金屬穩定化探索了新的途徑。2020年11月13日，相關成果以題為“Constrained minimal-interface structures in polycrystalline copper with extremely fine grains”的文章在線發表在Science上。

【圖文導讀】

圖1 銅的微結構表征

圖2 單晶粒的高分辨TEM表征

圖3 超高的熱穩定性和強度

圖4 Schwarz晶體的原子模型和分子動力學模擬

文獻鏈接：Constrained minimal-interface structures in polycrystalline copper with extremely fine grains（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.abe1267）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿。

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