特邀报告基于微纳序构设计的强韧化薄膜材料
编号：433
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更新：2024-04-22 18:01:17
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摘要
针对非本征硬质薄膜材料，研究人员基于界面工程调控策略，从材料微观结构设计的角度出发，在材料中引入大量界面阻碍材料中位错的运动，实现材料硬度大幅提升。然而高硬度伴随的高脆性成为此类材料可靠服役的安全隐患。
我们围绕微纳序构设计调控策略，构建突破空间限制的三维共格的新型微纳序构，通过分层沉积激活“固态去润湿” 方法成功获得了3D共格TaC@Ta纳米核壳的微纳序构薄膜，该结构可从三个维度同时抑制界面裂纹产生，并打破热驱动相分离法中对韧性金属的限制，有效避免了增韧而导致的硬度恶化，破解了硬度韧性相生相克的难题；接下来提出利用“高负混合焓+高晶格畸变”诱导局域无序团簇的原子尺度剪裁策略，将结构拓扑有序的过渡族金属高熵合金裁剪为由亚纳米尺度次晶为结构单元的新型高熵次晶结构，硬度和压缩强度分别提高100%和69.2%的同时，极限塑性变形量大幅提高，为强韧一体化的硬质薄膜材料设计提供了全新的设计思路；此外，通过磁控溅射共沉积技术自下而上生长了一种贯穿的，由非晶硼框架加固的“类竹状”纳米柱状铜薄膜材料，该结构薄膜材料的压痕硬度达到了10.8 GPa，同时保持优异的强度（屈服强度~1.36 GPa，流动应力~2.58 GPa）和延展性（失效应变超过50%）。
该系列工作通过构建三维共格、纳米子晶序构，“类竹状结构”设计等方法实现了薄膜材料硬度、强度与韧性的兼得，为强韧化结构薄膜材料的微结构设计与制备提供了新的见解和思路。
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