北京高壓科學(xué)研究中心研究員陳斌與重慶大學(xué)教授黃曉旭帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在高壓下發(fā)現(xiàn)了納米鎳持續(xù)強(qiáng)化現(xiàn)象，3納米鎳在高壓下的強(qiáng)度可達(dá)到普通商用鎳強(qiáng)度的10倍。該研究為獲得高強(qiáng)度金屬提供了一種新思路：高壓細(xì)晶強(qiáng)化。相關(guān)研究日前發(fā)表于《自然》。

通常情況下，晶粒越小，強(qiáng)度越高。不過，科學(xué)家通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)晶粒細(xì)化到約15~10納米以下時(shí)，納米金屬的強(qiáng)度不再增加，反而減小——表現(xiàn)出軟化現(xiàn)象。對(duì)于晶粒更細(xì)（小于15納米）的納米金屬，隨尺寸變小而出現(xiàn)的強(qiáng)度變化一直是個(gè)謎題。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段對(duì)如此細(xì)小材料強(qiáng)度的測(cè)量面臨極大挑戰(zhàn)。

上述團(tuán)隊(duì)率先將一種用于地學(xué)礦物研究的技術(shù)引入到納米材料的壓縮變形研究。他們對(duì)200納米至3納米（總共8個(gè)晶粒尺寸）的金屬鎳進(jìn)行了高壓下的形變對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)金屬鎳的壓縮強(qiáng)度隨著晶粒尺寸的減小而持續(xù)增加。其中，3納米鎳樣品的強(qiáng)度可達(dá)到傳統(tǒng)鎳強(qiáng)度的10倍。

進(jìn)一步的理論計(jì)算及透射電子顯微鏡測(cè)量表明，20納米以下的樣品中出現(xiàn)的偏位錯(cuò)以及高壓對(duì)晶界塑性形變的極大抑制是小尺寸樣品強(qiáng)化的關(guān)鍵。研究人員在另外兩種金屬金和鈀中也觀測(cè)到了類似的細(xì)晶強(qiáng)化現(xiàn)象。因此該研究提供了一種獲得高強(qiáng)度金屬的普適途徑——壓縮納米金屬獲得高強(qiáng)度。

“以前的研究表明，納米晶細(xì)化到一定尺寸會(huì)軟化。我們的研究表明，壓縮可有效壓制納米晶界的塑性形變，從而抑制了軟化，因此可幫助我們獲得高強(qiáng)度的納米金屬材料。”陳斌說，“制備出實(shí)用的高強(qiáng)度納米金屬應(yīng)該不會(huì)遙遠(yuǎn)了。”