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本報(bào)訊（記者溫才妃 通訊員張小晴）近日，南京工業(yè)大學(xué)教授操振華團(tuán)隊(duì)等研究出同時(shí)提高納米結(jié)構(gòu)金屬材料強(qiáng)度、塑性和導(dǎo)電性的新方法，這一全新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還可有效推廣到其他金屬體系。相關(guān)成果近日發(fā)表于《材料學(xué)報(bào)》。

金屬材料通常具有優(yōu)異的強(qiáng)度、塑性以及導(dǎo)電性，但是這三種性能之間互相排斥，難以兼得。如何同時(shí)提高金屬材料的三種性能，消減性能之間的制約，一直以來(lái)是金屬材料領(lǐng)域的研究難點(diǎn)。

研究團(tuán)隊(duì)以納米金屬銅為研究對(duì)象，采用“由下而上”方法，即利用直流磁控濺射技術(shù)，在金屬銅膜中引入超薄的金屬鉭層，尺寸近于晶界的厚度，起到類(lèi)似“人工晶界”的作用。通過(guò)調(diào)節(jié)鉭層的間距，從而獲得具有梯度晶粒與等尺寸晶粒的兩種層狀結(jié)構(gòu)金屬?gòu)?fù)合薄膜。研究人員采用納米壓痕與原位壓縮測(cè)試力學(xué)特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，金屬?gòu)?fù)合薄膜的屈服強(qiáng)度和均勻塑性應(yīng)變最高分別達(dá)到1吉帕和70%。

該團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)、美國(guó)普渡大學(xué)等合作，成功設(shè)計(jì)出兼具高強(qiáng)度與高塑性的納米結(jié)構(gòu)金屬材料，同時(shí)發(fā)現(xiàn)梯度晶粒金屬展現(xiàn)出硬化指數(shù)為1的線(xiàn)性應(yīng)變硬化行為。

為進(jìn)一步揭示材料強(qiáng)化的內(nèi)部機(jī)制，操振華用大規(guī)模分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了其塑性變形過(guò)程。由于該金屬薄膜的表面為大晶粒尺寸，約280納米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于金屬銅電子散射自由程（39納米），可以預(yù)見(jiàn)該薄膜表面具有良好導(dǎo)電性。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.04.061