剪切带到底是好是坏？答案就在刚刚出版的Nature Materials

一、 【导读】  

剪切带是材料中一个狭窄的强剪切应变区，通常在延性材料严重变形时出现。剪切带会比材料的其他部位先失去韧性，因此它的形成通常被认为是材料失效的前兆。

二、【成果掠影】

美国威斯康星大学麦迪逊分校和中国复旦大学的研究团队在国际顶尖学术期刊Nature Materials上发表了一项重要的研究成果。该研究探索了剪切带在材料中的潜力，并揭示了一种新的方法来提高材料的延展性和塑性。

该研究表明，在适当的条件下，剪切带并不总是产生负面影响。事实上，在某些材料中，剪切带的形成可以改善材料的可塑性，并充当润滑剂的角色，从而防止材料断裂。这一发现对于具有晶体结构的金属和陶瓷等材料尤为重要，因为它们的塑性取决于晶格内的位错。位错可以在晶格中移动，为材料提供弯曲能力，但过多的位错会增加材料的脆性。因此，该研究为优化材料的位错密度提供了新的思路。

 三、【核心创新点】

在之前的研究中，该团队选择了一种用于制造强磁铁的脆性金属间材料——钐钴（SmCo₅）作为研究对象。发现无定形或无结构的剪切带实际上可以增加钐钴材料的可塑性，而不是标志着失效的到来。通过原子级模拟和实验验证证实了这一发现，并成功制备出具有不同断裂或塑性特性的钐钴样品。

基于对钐钴的研究结果，该团队结合实验与理论模拟，成功提出并验证了一套筛选和识别可能表现出类似特性的新材料的标准。这些标准将有助于研究人员在数据库中搜索潜在的候选材料，并确定哪些材料可以通过掺杂或工程改造来促进剪切带形成。

 四、【数据概览】

图1 |单轴拉伸中的剪切带的可视化模拟。a,b, Al2Sm（a）和Al3Sm（b）中原子应变模型。c,d, 为红色虚线圈突出的区域的放大显示©

图2 | 维氏硬度压痕后剪切带区域的透射电子显微图©

五、【成果启示】

增加材料的韧性，即能够承受更大能量或压力而不断裂，对于提升材料性能非常重要。该团队的研究为实现这一目标提供了新的方向，并有助于探索如何优化材料的性能。这项研究深入了解了剪切带的形成机制和关键因素，并为材料设计领域的发展提供了重要的推动力。这项研究可能为材料科学研究带来新的启示，并为开发具有优异性能的材料提供创新的思路。

原文详情：https://www.nature.com/articles/s41563-023-01597-y

美国威斯康星大学麦迪逊分校的胡铉昕同学作为本文的第一作者，麦迪逊分校的Izabela Szlufarska教授和中国复旦大学的张宏亮研究员作为本文的共同通讯作者。这项工作得到了陆军研究办公室资助#W911NF2110130的支持。

本文由作者团队供稿