重慶大學最新研究成果登上《Nature》，純金屬強化迎來 20 年大突破_風聞

近日，重慶大學的最新研究成果上了《nature》期刊。

2 月 24 日，重慶大學材料學院黃曉旭教授團隊與北京高壓科學研究中心陳斌研究院團隊等聯合在《nature》上發表了題為 High pressure strengthening in ultrafine-grained metals（超細晶金屬的高壓強化）的論文，該研究結果是材料科學領域的一大重要進展。

一直以來，材料科學領域都在追求一個目標，即研發出具有更高強度的材料；其中，材料微觀組織的特徵在一定程度上影響着材料的強度——通常來説， 材料的微觀組織單元（稱為“晶粒”）越細小，其強度就越高。

然而，在過去的 20 年裏，有不少計算機模擬研究和相關實驗研究表明，當晶粒小於某個臨界尺寸（約 10 到 15 納米）時，進一步細化晶粒，材料的強度不升反降。科學家們認為，這一現象或許是因為納米材料中晶粒之間的界面發生了滑動，以致其塑性變形。

不過，由於設備的限制，晶粒尺寸小於 15 納米的材料性能無法被準確測量，所以，科學家們陷入了一個難題：對於晶粒尺寸更細的納米金屬而言，如何建立起材料強度與晶粒尺寸之間最直接可靠的實驗數據。

現在，黃曉旭教授團隊與陳斌研究團隊找到了解決之道。他們的研究首次將地球科學研究領域的高壓實驗方法引入到了納米材料研究中，創造性地解決了之前的技術難題，並首次報道了晶粒尺寸在 10 納米以下的納米純金屬的強化現象。

通過對納米純金屬鎳進行高壓變形研究，發現該材料的強度隨着晶粒尺寸減小持續提高，而且令研究人員更為吃驚的是，晶粒尺寸越小其強化效果越顯著。在所研究的最小晶粒尺寸（3 納米）樣品中，獲得了 4.2 GPa 的超高屈服強度，比常規商業純鎳強度提高了 10 倍。

此外，塑性計算模擬和透射電子顯微鏡分析表明，高壓變形抑制了納米材料中的晶界滑動，並促進了起強化作用的晶體缺陷（位錯）的儲存，從而導致高壓細晶強化。

總而言之，這一發現將會進一步刷新人們對納米材料強化中臨界晶粒尺寸現象的認識，重新激發通過調控材料的晶粒尺寸和微觀結構獲得超強金屬的探索