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記者8月12日從中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心獲悉，該中心研究員金海軍團隊提出，如果細化至百納米以下并彌散分布于材料中，孔洞將從有害的材料缺陷轉變為有益的“強化相”。該團隊以金為模型材料，在研究中發現，添加彌散納米孔，可在不損失甚至提高塑性的同時，有效降低材料密度并大幅提升其強度。相關研究論文近日發表于國際期刊《科學》。
發展新型輕質高強度材料是航空航天、汽車、消費電子等領域的迫切需求。當前，一般通過添加更輕的合金元素實現材料輕量化。與之相比，引入孔洞是更為直觀有效且更具普適性的材料減重途徑。但通常情況下，少量孔洞的存在即可導致材料的強度、塑韌性、疲勞性能等力學性能急劇降低。因此在鑄造、粉末冶金、3D打印等材料制備加工過程中，孔洞一般被視為嚴重的材料缺陷，需嚴格控制并極力消除。
研究團隊通過脫合金腐蝕法制備出結構均勻的納米多孔金，將其適當壓縮并加熱退火，可形成一種含有大量彌散分布納米孔的新材料。研究團隊通過微拉伸實驗發現，添加體積分數高達5%—10%的納米孔后，材料屈服強度提升50%—100%，且可保持良好的塑性。部分樣品塑性甚至優于同等晶粒尺寸的完全致密材料。彌散分布納米孔有助于減輕孔洞周圍應力和應變集中，抑制裂紋的萌生。該材料巨大的比表面積也促進了表面—位錯間交互作用，在提高強度的同時提高了應變硬化率，有助于提高塑性。
該研究表明，特征尺寸低于百納米的孔洞具有類似于納米顆粒或納米析出相的強化效應。這一強化方式不僅有助于材料輕量化和回收再利用，而且可更大限度保留本體材料導熱導電等優異物理性能，有望在多個領域獲得應用。（記者郝曉明）
責任編輯：魏敏
