- 南京理工大學(xué)等五校合作在《Nature》發(fā)文！高性能納米材料研究取得新突破
- 發(fā)布日期：2022-04-24
近日，五所大學(xué)（吉林大學(xué)、西安交通大學(xué)、悉尼大學(xué)、南京理工大學(xué)和香港大學(xué)）通過(guò)強(qiáng)強(qiáng)合作，在利用多尺度成分起伏調(diào)控超高強(qiáng)納米材料的應(yīng)變硬化行為，開發(fā)高性能納米材料方面取得突破性進(jìn)展。在頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Nature上在線發(fā)表“Uniting tensile ductility with ultrahigh strength via composition undulation”為題的學(xué)術(shù)論文。
該項(xiàng)研究中，南京理工大學(xué)材料學(xué)院沙剛教授和靳慎豹老師，與吉林大學(xué)韓雙副教授團(tuán)隊(duì)、西安交通大學(xué)丁向東教授、孫軍院士和馬恩教授團(tuán)隊(duì)、廖小舟教授團(tuán)隊(duì)通力合作，在合金制備、力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，分子動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬，精細(xì)電子顯微分析基礎(chǔ)上，開展了三維原子探針分析研究，揭示了多尺度成分起伏的存在及復(fù)雜性。
該項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)的高性能NiCo單相雙主元固溶體合金，實(shí)現(xiàn)了利用成分起伏改變超高強(qiáng)納米金屬材料應(yīng)變硬化行為。三維原子探針與透射電鏡結(jié)合，成功地揭示了該材料存在納米晶粒（晶粒尺寸26 nm）及其內(nèi)部多尺度成分起伏（1-10 nm）組成的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)。
該成分起伏通過(guò)引起層錯(cuò)能和晶格應(yīng)變場(chǎng)的明顯起伏，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出遲滯、間歇、纏結(jié)的特征，提高材料應(yīng)變硬化能力。另一方面，位錯(cuò)線的粘滯滑移，強(qiáng)化了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的應(yīng)變速率敏感性，提高了應(yīng)變速率硬化能力。
在應(yīng)變硬化與應(yīng)變速率硬化的共同作用下，該納米NiCo合金達(dá)到了單相面心立方金屬前所未有的高性能：1.6 GPa的屈服強(qiáng)度，近2.3 GPa的最高拉伸強(qiáng)度，16%的拉伸斷裂應(yīng)變。
為共同通訊作者的沙剛教授團(tuán)隊(duì)依托南京理工大學(xué)格萊特納米科技研究院和校級(jí)分析測(cè)試中心的三維原子探針設(shè)備，通過(guò)探測(cè)材料中元素原子的三維空間分布信息，成功地揭示了納米NiCo合金中多尺度成分起伏以及不同區(qū)域界面的成分梯度，為后續(xù)成分起伏與運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)相互作用的分子動(dòng)力學(xué)模擬和理論計(jì)算提供了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)支撐。
該工作再次表明，三維原子探針技術(shù)在當(dāng)今材料科學(xué)前沿研究中的重要作用，是南京理工大學(xué)三維原子探針團(tuán)隊(duì)在原子探針技術(shù)應(yīng)用研究上取得的又一重要研究成果。
該團(tuán)隊(duì)自2014年成立以來(lái)開展了大量高水平合作研究和獨(dú)立研究，在Nature, Science, Nature Materials, Nature Communications, Advanced Material, Materials Today, Progress in Materials Science, 及Acta Materialia等重要國(guó)際期刊發(fā)表了多篇高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文。
