長(zhǎng)期以來，材料尤其是大宗結(jié)構(gòu)材料的性能提升往往依賴于合金化，而合金化使得材料的成本不斷攀升，性能提升幅度趨緩，回收利用變得更加困難。材料素化旨在通過跨尺度材料組織結(jié)構(gòu)調(diào)控實(shí)現(xiàn)材料性能提升，替代合金化，減少合金元素的使用，促進(jìn)材料回收和再利用。盡管這一概念原理上可行，但納米結(jié)構(gòu)的本征不穩(wěn)定性導(dǎo)致納米金屬材料熱穩(wěn)定性差，在較低溫下即發(fā)生晶粒長(zhǎng)大；機(jī)械穩(wěn)定性差，在外力作用下出現(xiàn)軟化；難以規(guī)模制備納米金屬等，從而給材料素化帶來困難。
他們通過研究發(fā)現(xiàn)，在塑性變形制備的納米晶純金屬中，發(fā)現(xiàn)了臨界晶粒尺寸下的晶界自發(fā)馳豫，以及由此導(dǎo)致的材料熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性的反常晶粒尺寸效應(yīng)。這一效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，使得制備極小晶粒尺寸超高強(qiáng)度超高穩(wěn)定性的金屬成為可能，為納米尺度調(diào)控組織獲得高強(qiáng)度帶來了新的機(jī)遇，使得材料素化成為可能。
該文以晶界調(diào)控實(shí)現(xiàn)材料素化為主線，闡述了素化的原理以及晶界調(diào)控方面的最新進(jìn)展。文中提出，與傳統(tǒng)的合金化強(qiáng)化原理即阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)不同，純金屬或低合金化材料可通過抑制位錯(cuò)形核來提高材料強(qiáng)度，從而達(dá)到減少合金元素使用，提高材料可持續(xù)性的目的。材料素化不但可以大幅度提升材料性能，還將對(duì)材料及器件的制造產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
原載于：《科技日?qǐng)?bào)》
