科技资讯写作大赛｜中科院金属所卢磊Natl.Sci.Rev.：纳米孪晶金属的变形与断裂机理研究

材料人首届科技资讯写作大赛自5月13日发布征稿通知以来（参赛详情请戳我），受到读者们的广泛关注。本文由SCI期刊National Science Review编辑部投稿。

【引言】

由于大量纳米尺度的孪晶分布在微米或亚微米级的晶粒内，使纳米孪晶（NT）金属成为一种独特的分级纳米材料。孪晶界（TBs）能够有效阻止位错的移动，进而提高金属强度。此外，由于TBs的高对称性和极低的晶界过剩能，TBs能够生成和容纳大量可移动位错，有力地说明了纳米孪晶（NT）能够使金属强化。

【成果简介】

最近，来自中国科学院金属所的卢磊研究员（通讯作者）等人在National Science Review上发表了最新论文“Deformation and fracture mechanisms of nanotwinned metals”，概述了纳米孪晶（NT）金属的变形与断裂机理研究前景。同时表明具有机械稳定性的纳米孪晶（NT）金属具有超高强度、良好的拉伸延展性和高的导电性等性能，其优越的机械、物理和化学特性已经引起了研究者的兴趣。纳米孪晶（NT）金属的提出是金属材料领域的重大突破，在金属膜中纳米孪晶能够增强增韧，但金属膜中得到的增强增韧机理是否能够在普通块状金属中适用仍有待证实。

【图文导读】

图1 面心立方（fcc）纳米孪晶（NT）金属中可能的变形机理示意图

（a）三种不同的位错运动形式（取决于主动滑移与TB之间的位向关系）：难滑移取向I：位错堆积；难滑移取向II：位错在孪晶界（TBs）之间运动；易滑移取向：孪晶部分在孪晶界（TBs）之间滑移；

（b）当孪晶层厚度减小到几纳米时，纳米孪晶（NT）金属中位错割阶机制。

图2 纳米孪晶（NT）金属膜中裂纹扩展过程

（a）MD快照，表现出了裂纹的曲折扩展模式（位错在孪晶/基体的局部区域变薄）；

（b）指明裂纹尖端附近的孪晶区域，作为延性裂纹桥接段。

【小结】

目前关于块状纳米孪晶（NT）金属的断裂韧性和损伤机理的研究较少，主要原因在于在常规断裂试验中所要准备的纳米孪晶（NT）样品较大不易制备得到。近来，研究人员设计了一种非接触裂纹扩展位移测量系统，能够使用相对较小的样品精确测定纳米金属材料的断裂韧性，这一测量系统的提出将进一步确定微观结构参数（如晶粒尺寸、孪晶厚度和孪晶界取向）对块状金属断裂的影响。此外，研究工作已经在位错与孪晶界之间的相互作用机制方面取得了进展，但仍有未解决难题（例如：位错形核与晶界结构之间以及裂纹与孪晶界之间的相互作用研究）。目前大多数研究都基于fcc结构的金属，其它纳米孪晶金属材料（如hcp结构、bcc结构、陶瓷和复合材料）仍有待发展的。文章表明了微观结构与变形/损伤行为之间的相关性，进一步说明了优化强度和断裂韧性对于纳米孪晶（NT）金属材料的工程应用是必不可少的。

文献连接： Deformation and fracture mechanisms of nanotwinned metals（Natl.Sci.Rev.,2017,DOI:10.1093/nsr/nwx043）

National Science Review为中国第一份英文版综述性学术期刊，定位于一份具有战略性、导向性的综述期刊，致力于全面展示中国各科学领域的代表性研究成果，追踪报道重大科技事件，深度解读热点研究和重要科技政策等。于2014年3月正式出版，2016年NSR创刊以来的首个SCI影响因子达到8.0，位于63种多学科综合类期刊的第5名。本刊发表的所有论文全文可以在线免费阅读和下载。

本文由材料人编辑部卢海洲供稿，材料牛编辑整理。材料人网专注于跟踪材料领域科技及行业进展，这里汇集了各大高校硕博生、一线科研人员以及行业从业者，如果您对于跟踪材料领域科技进展，解读高水平文章或是评述行业有兴趣，点我加入编辑部。

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