新方法可同時提高奈米金屬材料三效能

本報訊（記者溫才妃 通訊員張小晴）近日，南京工業大學教授操振華團隊等研究出同時提高奈米結構金屬材料強度、塑性和導電性的新方法，這一全新結構設計還可有效推廣到其他金屬體系。相關成果近日發表於《材料學報》。

金屬材料通常具有優異的強度、塑性以及導電性，但是這三種性能之間互相排斥，難以兼得。如何同時提高金屬材料的三種性能，消減效能之間的制約，一直以來是金屬材料領域的研究難點。

研究團隊以奈米金屬銅為研究物件，採用“由下而上”方法，即利用直流磁控濺射技術，在金屬銅膜中引入超薄的金屬鉭層，尺寸近於晶界的厚度，起到類似“人工晶界”的作用。透過調節鉭層的間距，從而獲得具有梯度晶粒與等尺寸晶粒的兩種層狀結構金屬複合薄膜。研究人員採用奈米壓痕與原位壓縮測試力學特性，結果發現，金屬複合薄膜的屈服強度和均勻塑性應變最高分別達到1吉帕和70%。

該團隊與南京大學、美國普渡大學等合作，成功設計出兼具高強度與高塑性的奈米結構金屬材料，同時發現梯度晶粒金屬展現出硬化指數為1的線性應變硬化行為。

為進一步揭示材料強化的內部機制，操振華用大規模分子動力學模擬研究了其塑性變形過程。由於該金屬薄膜的表面為大晶粒尺寸，約280奈米，遠遠大於金屬銅電子散射自由程（39奈米），可以預見該薄膜表面具有良好導電性。

相關論文資訊：https：//doi。org/10。1016/j。actamat。2020。04。061