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航空航天学院副传授朱林利等中国科学家结合颁发的论文登上Nature

【论文时间: 2019-01-11 19:39

  澳门游戏官网正在材料研究范畴,若何使材料的强度接近理论值一曲是一个研究热点。人们凡是利用位错活动的缺陷的节制来提高强度,但此强化效应存正在必然上限。这是因为引入过多的缺陷会使得材料的从导变形机制由位错相关过程向缺陷软化行为改变。

  因为非晶布局中不含有晶界和位错等缺陷,非晶化供给了另一种提高材料强度的无效路子,材料非晶化后,其变形模式由位错勾当向剪切变形完全改变。金属玻璃的强度位于σ=E/50区域,凡是高于其晶体形态。然而,因为正在形变过程中的剪切应力集中所导致的剪切带的软化效应使得金属玻璃所能承受的最大应力只能被正在2%的应变处。因而,非晶材料的强度也不克不及达到理论值。

  正在此次研究中,城市大学的吴戈博士和陳稼祥博士,初次通过磁控溅射方式制备出大体积的超纳双相材料。此材料的布局为~6nm尺寸的纳米晶MgCu2平均弥散分布于非晶壳Mg69Cu11Y20中(纳米晶的体积百分比为56%),如图1所示。因为这种材料具有小于10nm的非晶-纳米晶双相布局,研究小组将这种布局称之为超纳双相-玻璃纳米晶(supra-nano-dual-phaseglass-crystal简称SNDP-GC)布局。此中,超纳(supra-nano)意为尺寸小于10nm,玻璃意为广义的非晶态。利用于扫描电子显微镜(SEM)华夏位压缩微米柱,获得此材料的强度为3.3GPa,模量为65 GPa(模量数值取纳米压痕测试成果吻合)。如图1(b)所示,此超纳双相材料显示出了非常的类弹性变形能力,其类弹性极限已达到了MG的弹性极限理论值~4.5%。取其它镁合金类比能够发觉,此镁基超纳双相-玻璃纳米晶材料具有镁合金所固有的低模量。然而,其强度倒是至今报道的最强镁合金的好几倍。

  尝试研究发觉,镁基超纳双相-玻璃纳米晶材料的变形机制为多沉初生剪切带的构成取纳米晶粒的塑性变形。基于这一变形机理,我院副传授朱林利博士采用细化力学方式成立了超纳双相材料的本构模子,并提出了构成多沉剪切带的理论判据。该理论阐发成功地定量描述了双相-玻璃纳米晶材料的力学机能和剪切带数量取样品曲径之间的定量关系,如图2所示。(见Nature收集版弥补材料及弥补图5-8)。

  图2镁基超纳双相-玻璃纳米晶布局的本构行为以及剪切带数量取样品尺寸和发生剪切时的应变之间的关系

  这种超纳双相-玻璃纳米晶材料将会供给大量的潜正在使用价值。例如,镁合金是一种全新成长的生物可降解材料。生物可降解镁合金可植入生物体,正在病患消弭后这种材料可被体液降解,从而避免了二次手术所添加的,同时镁又是对生物体无益的元素,可推进病患的恢复。然而商用镁合金的最大问题即是强度低,耐磨差。那么,镁基超纳双相-玻璃纳米晶材料将会成为一种新的原型材料,正在具有超高强度、超高耐磨机能的生物可降解植入材料方面将得以使用。该研究小组正在近期的研究中更将超纳双相-玻璃纳米晶布局拓展至完全生物兼容的Mg-Zn-Ca系统,对其正在人体植入方面的使用将有庞大潜力。别的,近抱负强度取超高弹性极限的特征也使超纳双相-玻璃纳米晶成为一种很是具有前景的材料正在柔性微机电系统(flexibleMEMS)中得以使用。再者,这种超纳双相-玻璃纳米晶材料也可堆积至3D打印布局概况,使其耐磨及变形特征有显著的提拔。


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