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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(zhuǎn)變?yōu)橛幸娴摹皬娀唷?。該團隊以金為模型材料，在研究中發(fā)現(xiàn)，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(guān)研究論文近日發(fā)表于國際期刊《科學》。
發(fā)展新型輕質(zhì)高強度材料是航空航天、汽車、消費電子等領(lǐng)域的迫切需求。當前，一般通過添加更輕的合金元素實現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)，添加體積分數(shù)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(yōu)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?；蚣{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(yōu)異物理性能，有望在多個領(lǐng)域獲得應用。（記者郝曉明）
責任編輯：魏敏
