由香港城市大學(xué)（城大）、上海理工大學(xué)、浙江大學(xué)的專家組成的研究團(tuán)隊(duì)探索納米孿晶的變形行為，首次揭示奧氏體不鏽鋼中多尺度納米孿晶的變形轉(zhuǎn)變，有助研發(fā)更高強(qiáng)度和延展性的材料。

研究成果已在科學(xué)期刊《自然通訊》上發(fā)表，論文題為「不鏽鋼中納米孿晶變形轉(zhuǎn)變的尺度規(guī)律」。

城大副校長(zhǎng)（研究及科技）呂堅(jiān)教授及其團(tuán)隊(duì)，透過(guò)原位拉伸試驗(yàn)，配合理論模型及分子動(dòng)力學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)奧氏體不鏽鋼的納米孿晶變形轉(zhuǎn)變機(jī)制的臨界尺度。研究顯示，孿晶尺度在小於5納米、6至129納米之間，及大於129納米時(shí)，變形機(jī)制完全不同。納米孿晶尺度在6至129納米之間會(huì)形成二級(jí)孿晶。

材料科學(xué)家一直追求更高強(qiáng)度和延展性的材料。一般而言，金屬的延展性會(huì)隨著強(qiáng)度增高而下降，反之亦然。但納米孿晶結(jié)構(gòu)則大有潛力解決這個(gè)矛盾。有研究指出，孿晶級(jí)數(shù)愈高，強(qiáng)度也愈高，同時(shí)保持良好延展性。

呂教授說(shuō)：「我們研究奧氏體不鏽鋼是基於它是被廣泛應(yīng)用的工程材料。研究成果除了可作為其他金屬材料強(qiáng)化機(jī)制的研究依據(jù)，亦有助推動(dòng)納米孿晶先進(jìn)材料的設(shè)計(jì)和發(fā)展。」

團(tuán)隊(duì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論研究，經(jīng)過(guò)多年努力，不但建立了奧氏體不鏽鋼納米孿晶從幾納米到幾百納米範(fàn)圍內(nèi)的變形機(jī)制圖譜，揭示不同尺度孿晶的變形機(jī)制，還闡明了納米孿晶變形尺度效應(yīng)的內(nèi)在機(jī)理和演變過(guò)程。

美國(guó)科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院發(fā)佈的材料科學(xué)研究報(bào)告《材料研究前沿：十年調(diào)查（2019）》指出，傳統(tǒng)金屬與合金、高熵合金及納米結(jié)構(gòu)合金在未來(lái)十年將有良好發(fā)展前景。

呂教授說(shuō)：「我們的研究完全符合未來(lái)材料科學(xué)的發(fā)展方向。納米孿晶不鏽鋼既是傳統(tǒng)合金又是納米結(jié)構(gòu)合金，這次研究的新進(jìn)展能提高傳統(tǒng)金屬材料的性能，同時(shí)有望提升高熵合金等新材料的特性。此前城大工學(xué)院大學(xué)傑出教授劉錦川教授研發(fā)的新型合金改良自高熵合金（《科學(xué)》，2018年11月），還有我另一個(gè)團(tuán)隊(duì)研製的超強(qiáng)鎂合金（《自然》， 2017年5月），均顯示城大材料科學(xué)研究一直走在世界前端。」

團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)研究如何激發(fā)不鏽鋼形成更高級(jí)數(shù)納米孿晶結(jié)構(gòu)，找出最佳孿晶間距，並研究其他廣泛應(yīng)用的工程材料的變形機(jī)制轉(zhuǎn)變臨界尺度，從而提高材料綜合力學(xué)性能。

研究團(tuán)隊(duì)成員包括城大孫李剛博士，上海理工大學(xué)陳愛(ài)英博士、浙江大學(xué)朱林利博士。三位均是呂教授城大研究隊(duì)伍的現(xiàn)任或前任成員。此項(xiàng)研究獲國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金資助。

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