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12日，記者從遼寧材料實驗室獲悉，該實驗室與中國科學院金屬研究所聯合研究團隊近日取得重大技術突破——在金屬中發(fā)現“負能界面”，成功實現亞納米結構合金強化，使材料強度逼近理論極限的同時，顯著提升彈性模量。這種極限尺度穩(wěn)定界面能夠改變晶格的原子鍵合狀態(tài)，從而大幅度提升性能，為下一代高性能金屬材料的設計開辟了全新的維度。這一重要發(fā)現標志著金屬材料的結構調控進入到亞納米尺度，相關成果于11月6日發(fā)表在國際頂級期刊《科學》上。

提高金屬強度是長期以來材料領域的核心研究目標，通過結構細化到納米尺度形成高密度界面是金屬的一種主要強化途徑。近幾十年來，世界各國一直致力于探索穩(wěn)定的界面結構，發(fā)展制備技術，持續(xù)細化金屬結構。盧柯研究員帶領團隊利用穩(wěn)定的低能孿晶界在金屬銅中獲得納米孿晶結構，使銅的強度提升10倍以上并保持高導電性。然而，當孿晶層片厚度低于約10納米時，孿晶結構失穩(wěn)導致材料軟化，結構無法進一步細化。如何突破尺寸極限，持續(xù)提升金屬強度成為一項重大難題。

遼寧材料實驗室黨委副書記、副主任李秀艷在接受科技日報記者專訪時介紹，盧柯研究員團隊長期致力于金屬材料結構調控與性能突破研究，2018年首次發(fā)現當納米金屬的晶粒小于70納米時，晶界能量下降，結構穩(wěn)定性不降反升，顛覆傳統(tǒng)“納米晶粒越小越不穩(wěn)定”的認知。2020年，團隊進一步探索晶粒尺寸極限，將純銅晶粒細化至4—5納米時，發(fā)現材料轉變?yōu)橐环N新結構，晶界呈現三維周期性極小面特征，將其命名為“受限晶體”。在最新研究中，團隊聚焦尺度更小的界面結構（平均0.7納米/3—4原子層）。

“我們通過電化學沉積結合非晶化方法，發(fā)現在Ni-Mo合金中存在一種過剩能為負的界面，比孿晶界面更加穩(wěn)定，并顯著提升了合金的強度和彈性模量。”李秀艷說，該研究不僅突破了現有材料理論的認知，首次證實界面過剩能可以為負，而且在Ni-W等其他材料體系也發(fā)現了亞納米“負能界面”強化效應。相關合金已取得中試成果，有望推動我國高精密耐磨部件的技術升級。