科学家在极细多晶体铜中发现新型亚稳结构

2020-11-20 09:58来源: 《中国科学报》

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  本报讯(记者沈春蕾)中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心与上海交通大学的研究人员,通过大量精细实验并结合模拟计算发现,当晶粒尺寸降低到几纳米时,纯金属铜多晶体会形成一种新型亚稳结构——受限晶体结构。相关研究成果近日发表于《科学》。

  金属通常以多晶体形式存在,即许多金属原子按一定规则整齐排列在一起形成一个有序区域,称为晶粒。晶粒尺寸越小,晶界上原子就比较多,多晶体的稳定性就越差。对于某些金属合金,当晶粒尺寸减小到足够小时(通常为几纳米),整个多晶体结构会失稳,形成一种亚稳的非晶态固体,它在受热或力的作用下会进一步向更稳定的晶体转变。

  论文第一作者、中国科学院金属研究所研究员李秀艳介绍,非晶固态只在有限的合金成分范围内才能形成,对于绝大多数合金和纯金属,无论晶粒多么细小也无法形成非晶固态。那么,在多晶体晶粒尺寸不断减小接近某极限值(如原子尺寸)前是否存在别的亚稳态结构?

  此次研究团队发现的这种新型亚稳结构——受限晶体结构,具有极小界面的三维结构,表现出极高的热稳定性和力学稳定性,在纯铜的熔点以下不发生晶粒长大,其强度接近理论强度。这一发现表明除非晶固态外,多晶体金属在晶粒极细时还存在另外一种亚稳固体状态,其稳定性甚至远高于非晶固体。

  研究人员利用两步低温塑性变形技术,成功地将纯铜薄片的晶粒尺寸降低到10纳米以下。他们在显微结构下观察发现,这种极细的多晶体中呈现出典型的类似水油不互溶双连续相中常见的流形结构。经系统表征纳米晶粒的尺寸、形态、取向及分布等,他们发现,许多极小晶粒具有规则的Kelvin截角八面体形态,并且存在相当数量的低能界面。结合这些结构特征和分子动力学模拟计算,研究人员发现这种极细晶粒之间的界面具有一种极小界面结构特征,这种被称为Schwarz-D的界面的平均曲率为零,结构稳定性很强。同时,极细晶粒中大量低能孪晶界又进一步约束了这种极小界面,使其稳定性更高。

  李秀艳表示,受限晶体结构的发现为探索固态物质结构基本特征及其新性能开辟了全新空间,也为研发高稳定性金属材料及制造工艺提供了新的机遇。

[责任编辑: 张梦凡 ]
阅读剩余全文(
为你推荐
中国人民抗日战争纪念馆将于7月8日起恢复开放,开放后实行免费免预约参观。
08
近年来,对口援疆省市持续选派大量医疗人才,为守护新疆各族群众生命健康作出了突出贡献。受益于医疗人才“组团式”援疆支持,新疆受援医院临床救治能力大幅提升,医院管理体系不断完善,在学科建设、人才培养、医院管理水平等方面取得了显著进步,新疆各族群众的健康获得感不断提升。
08
7月7日,国际深空探测学会成立大会在安徽合肥举行。国际深空探测学会由深空探测实验室、中国国家航天局探月与航天工程中心、中国宇航学会、中国空间科学学会及法国行星探测地平线2061五家单位联合倡议,汇聚20位国内院士与31名国外科学家共同发起申请,历经两年多筹备,于今年4月经国务院批准,成为在民政部注册具有独立法人资格的非营利性国际科技组织。
08
7月6日凌晨,在邵永高铁跨S236省道大桥施工现场,中铁五局工人进行连续梁合龙施工(无人机照片)。当日,在湖南省永州市东安县芦洪市镇,由中铁五局承建的邵永高铁全线首座连续梁——跨S236省道大桥连续梁成功合龙,标志着邵永高铁建设取得重大进展,为后续架梁施工奠定坚实基础。
07
当日,吉林省首条中国历史文化名街——长春市新民大街经过改造后开街迎客。当日,吉林省首条中国历史文化名街——长春市新民大街经过改造后开街迎客。当日,吉林省首条中国历史文化名街——长春市新民大街经过改造后开街迎客。
07
藏羚羊是国家一级保护动物,每年5月至7月,来自青海三江源、西藏羌塘和新疆阿尔金山的雌性藏羚羊,会到可可西里腹地卓乃湖产仔,结束后再携幼仔返回原栖息地。藏羚羊是国家一级保护动物,每年5月至7月,来自青海三江源、西藏羌塘和新疆阿尔金山的雌性藏羚羊,会到可可西里腹地卓乃湖产仔,结束后再携幼仔返回原栖息地。
07
题:国家力量 血脉亲情——香港各界高度评价海军山东舰编队访问香港 香港特区政府政务司副司长卓永兴在社交平台介绍,他在山东舰上参观了滑跃甲板、拦阻索、舰载战斗机、舰载直升机等。
06
7月5日清晨在河北省承德市滦平县拍摄的金山岭长城云海景观(无人机照片)。7月5日在河北省承德市兴隆县与天津市蓟州区交界处拍摄的黄崖关长城云海景观(无人机照片)。7月5日在河北省承德市兴隆县与天津市蓟州区交界处拍摄的黄崖关长城云海景观(无人机照片)。
06
7月5日,在山东省枣庄市科技馆“儿童科学乐园”,一名小朋友根据人体口腔模型学习正确的刷牙方法。暑假期间,孩子们参加丰富多彩的活动,丰富假期生活。暑假期间,孩子们参加丰富多彩的活动,丰富假期生活。
06
7月4日,锚泊在维多利亚港的山东舰对香港青少年学生开放,参观者通过换乘的方式登舰(无人机照片)。新华社发(蒲海洋 摄)  新华社香港7月4日电(记者黎云、孟佳)在香港回归祖国28周年之际,海军山东舰航母编队到访香港。
05
载入更多资讯
返回
返回

点击右上角微信好友

朋友圈

点击浏览器下方“”分享微信好友Safari浏览器请点击“”按钮

点击浏览器下方“”分享QQ好友Safari浏览器请点击“”按钮