近日，南京理工大學納米異構材料中心團隊在異質結構材料的研究方向取得了重要進展，在金屬領域國際一區頂級期刊《材料學報》(Acta Materialia)上在線發表了題為“Critical microstructures and defects in heterostructured materials and their effects on mechanical properties”的學術論文（https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.03.001）。博士生劉豔芳為論文第一作者，曹陽副教授和朱運田教授為論文的共同通訊作者（文章鏈接：https://authors.elsevier.com/a/1altm4r9SUJ2t2）。
圖1:左邊是EBSD圖像，展示兩種不同的異質結構，右邊是SEM照片，展現兩種異質結構材料不同的斷裂機制
異質結構材料擁有優異的強度-塑性匹配，近年來得到了廣受關注和快速的發展。由於異質結構材料屬於新興材料，而且結構相對複雜，所以學者們和材料工程師們對異質結構材料的結構設計和變形機理滿懷興趣。論文內容針對本領域的熱點，對兩種不同結構的異質結構材料進行了系統性的研究，詳細觀察了材料的微觀結構與缺陷，並深度瞭解了微觀組織和機械性能之間的關聯性。論文討論了異質結構材料在拉伸過程中軟硬區之間的協調變形，驗證了異質結構材料獨有的非均質強化機理和協調變形機制。實驗數據表明，粗晶嵌入超細晶形成的異構材料在拉伸過程中會形成網狀的微觀剪切帶，可以有效地延緩頸縮，阻礙裂紋聚集。這種網狀微觀剪切帶形貌是首次在異構材料中被電子顯微鏡直觀的觀測到，充分驗證的最近剛剛被相關領域專家們提出的微觀剪切帶理論。這份報告中所提供的數據和結論，為進一步優化異構材料的力學性能和使役性能提供了關鍵性的依據。
異構材料的概念由朱運田教授和中科院力學所的武曉雷教授在2015年首次提出。該領域近年來，已經快速的發展成一個初具規模的國際材料研究領域。朱運田教授帶領的團隊在近幾年一直專注於異構材料方面的研究，並於2019年獲得了國家自然科學基金委重點項目的支持。曹陽副教授主要致力於異質納米結構材料和梯度納米結構材料的微觀組織與力學性能研究，通過原位掃描電鏡，透射EBSD和原位透射電鏡等高新技術，來分析位錯與各種界面之間的交互作用。博士生劉豔芳是本校保送碩博連讀生，並取得了國家留學基金委的資助，現在美國馬塞諸塞州-阿姆斯特分校訪學。劉豔芳致力於推進和拓展增材製造技術（3D打印）和異構材料相結合的研究方向，通過增材製造將異構有機結合，提高異構的可控性，從而科學的優化異構材料的力學性能和使役性能。
該研究工作得到了國家重點研發計劃納米科技重點專項、國家自然科學基金和留學基金委的支持。
來源 南京理工大學
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