我国科学家在极细多晶体铜中发现一种新型亚稳结构

林芝市科技局

2020-11-17 11:23

来源：科技日报

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记者从中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心获悉，该中心纳米金属科学家工作室李秀艳研究员、卢柯院士、周鑫特别研究助理与上海交通大学金朝晖教授合作，利用大量精细实验并结合模拟计算发现，当晶粒尺寸降低到几纳米时，纯金属铜多晶体会形成一种新型亚稳结构——受限晶体结构。11月13日，美国《科学》(Science)周刊报道了相关研究成果。

研究发现，这种具有极小界面的三维结构表现出极高的热稳定性和力学稳定性，在纯铜的熔点以下不发生晶粒长大，其强度接近理论强度。这一重要发现表明，除非晶固态外，多晶体金属在晶粒极细时还存在另外一种亚稳固体状态，其稳定性甚至远高于非晶固体。

研究人员利用两步低温塑性变形技术，成功地将纯铜薄片的晶粒尺寸降低到10nm以下。显微结构观察发现，这种极细的多晶体中呈现出典型的类似水油不互溶双连续相中常见的流形结构，经系统表征纳米晶粒的尺寸、形态、取向及分布等，许多极小晶粒具有规则的Kelvin截角八面体形态，并且存在相当数量的低能界面。

结合这些结构特征和分子动力学模拟计算，研究人员发现这种极细晶粒之间的界面具有一种极小界面结构特征，这种被称为Schwarz-D界面的平均曲率为零，结构稳定性很强。同时，极细晶粒中大量低能孪晶界又进一步约束了这种极小界面，使其稳定性更高。因此，这种具有受限极小界面结构的多晶体能够表现出极高的热稳定性和力学稳定性。

据介绍，受限晶体结构的发现，为探索固态物质结构基本特征及其新性能开辟了一个全新空间，也为研发高稳定性金属材料及制造工艺提供了新的机遇与挑战。

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