科学家发现获得高强度金属新途径

近日，北京高压科学研究中心研究员和重庆大学教授黄带领的研究团队发现了纳米镍在高压下不断强化的现象，3种纳米镍在高压下的强度可达普通商品镍的10倍之多。

该研究为获得高强度金属提供了一个新思路:高压细晶强化。相关研究最近发表在《自然》杂志上。

一般来说，粒度越小，强度越高。然而，科学家们通过计算发现，当晶粒细化到15~10纳米以下时，纳米金属的强度不会增加，反而会降低，表现出软化现象。对于具有更细晶粒(小于15纳米)的纳米金属来说，伴随的尺寸会变得更软还是更强一直是个谜。这是因为传统的实验方法在测量这种精细材料的强度时面临着巨大的挑战。

该研究小组率先将地球科学矿物研究技术引入纳米材料的压缩变形研究。他们对金属镍在200纳米到3纳米(总共8种粒度)的高压下的变形进行了对比研究。结果表明，随着晶粒尺寸的减小，金属镍的抗压强度不断提高，3 nm镍样品的强度可达到传统镍强度的10倍。

进一步的理论计算和透射电子显微镜测量表明，20 nm以下样品中出现的位错和高压对晶界塑性变形的极大抑制是强化小尺寸样品的关键。研究人员还在另外两种金属金和钯中观察到类似的细晶粒强化。因此，本研究提供了一种获得高强度金属的通用方法——压缩纳米金属以获得高强度。

“以前的研究表明，当纳米晶体被提炼到一定尺寸时，它们会软化。我们的研究表明，压缩可以有效地抑制纳米晶界的塑性变形，从而抑制软化，从而帮助我们获得高强度的纳米金属材料。”陈斌解释道，“制备实用的高强度纳米金属应该不会太远。”

据了解，陈斌团队一直致力于纳米材料在高压下的变形研究。他们首次观察到3 nm金属镍中仍存在位错滑移变形机制，并首次用高压微区劳厄X射线衍射法观察到纳米金属颗粒的临界旋转振幅尺寸。

该作品的合著者是周小玲、冯宗强、朱林利和徐佳宁。

图片说明:纳米粒子越细，变形越小，也就是说，强度越高。

相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2036-z