我國科學家在極細多晶體銅中發現一種新型亞穩結構
時間：2020-11-16 來源：科技日報
科技日報記者 郝曉明
記者從中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心獲悉，該中心納米金屬科學家工作室李秀艷研究員、盧柯院士、周鑫特別研究助理與上海交通大學金朝暉教授合作，利用大量精細實驗并結合模擬計算發現，當晶粒尺寸降低到幾納米時，純金屬銅多晶體會形成一種新型亞穩結構——受限晶體結構。11月13日，美國《科學》（Science）周刊報道了相關研究成果。
研究發現，這種具有極小界面的三維結構表現出極高的熱穩定性和力學穩定性，在純銅的熔點以下不發生晶粒長大，其強度接近理論強度。這一重要發現表明，除非晶固態外，多晶體金屬在晶粒極細時還存在另外一種亞穩固體狀態，其穩定性甚至遠高于非晶固體。
研究人員利用兩步低溫塑性變形技術，成功地將純銅薄片的晶粒尺寸降低到10nm以下。顯微結構觀察發現，這種極細的多晶體中呈現出典型的類似水油不互溶雙連續相中常見的流形結構，經系統表征納米晶粒的尺寸、形態、取向及分布等，許多極小晶粒具有規則的Kelvin截角八面體形態，并且存在相當數量的低能界面。
結合這些結構特征和分子動力學模擬計算，研究人員發現這種極細晶粒之間的界面具有一種極小界面結構特征，這種被稱為Schwarz-D界面的平均曲率為零，結構穩定性很強。同時，極細晶粒中大量低能孿晶界又進一步約束了這種極小界面，使其穩定性更高。因此，這種具有受限極小界面結構的多晶體能夠表現出極高的熱穩定性和力學穩定性。
據介紹，受限晶體結構的發現，為探索固態物質結構基本特征及其新性能開辟了一個全新空間，也為研發高穩定性金屬材料及制造工藝提供了新的機遇與挑戰。
