长期以来，材料尤其是大宗结构材料的性能提升往往依赖于合金化，而合金化使得材料的成本不断攀升，性能提升幅度趋缓，回收利用变得更加困难。材料素化旨在通过跨尺度材料组织结构调控实现材料性能提升，替代合金化，减少合金元素的使用，促进材料回收和再利用。尽管这一概念原理上可行，但纳米结构的本征不稳定性导致纳米金属材料热稳定性差，在较低温下即发生晶粒长大；机械稳定性差，在外力作用下出现软化；难以规模制备纳米金属等，从而给材料素化带来困难。
他们通过研究发现，在塑性变形制备的纳米晶纯金属中，发现了临界晶粒尺寸下的晶界自发驰豫，以及由此导致的材料热稳定性和机械稳定性的反常晶粒尺寸效应。这一效应的发现，使得制备极小晶粒尺寸超高强度超高稳定性的金属成为可能，为纳米尺度调控组织获得高强度带来了新的机遇，使得材料素化成为可能。
该文以晶界调控实现材料素化为主线，阐述了素化的原理以及晶界调控方面的最新进展。文中提出，与传统的合金化强化原理即阻碍位错运动不同，纯金属或低合金化材料可通过抑制位错形核来提高材料强度，从而达到减少合金元素使用，提高材料可持续性的目的。材料素化不但可以大幅度提升材料性能，还将对材料及器件的制造产生深远影响。
原载于：《科技日报》
传媒扫描