百家乐-百家乐官网平台导航

燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室田永君院士團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)交叉力學(xué)中心楊衛(wèi)院士團(tuán)隊(duì)合作，首次在室溫下成功激活了立方氮化硼（cBN）和金剛石的形變孿晶塑性變形，并揭示了一種全新的“連續(xù)切變”孿晶機(jī)制。這一成果不僅填補(bǔ)了極端硬脆共價(jià)晶體形變孿晶研究的空白，更為拓展經(jīng)典塑性理論邊界、開發(fā)新一代高性能材料提供了重要科學(xué)依據(jù)。研究成果以“立方氮化硼中形變孿晶的激活”為題（Activating deformation twinning in cubic boron nitride），于2025年2月12日在線發(fā)表于Nature Material期刊。

形變孿晶是材料塑性變形的基本機(jī)制之一。在金屬材料領(lǐng)域，形變孿晶理論已較為成熟，并廣泛應(yīng)用于提升材料強(qiáng)度與韌性，例如TWIP鋼和橡膠金屬等高性能材料的開發(fā)。然而，對(duì)于金剛石、cBN等極端硬脆的共價(jià)晶體，如何激活形變孿晶、揭示其機(jī)制并提升力學(xué)性能，一直是材料科學(xué)領(lǐng)域的未解難題。燕山大學(xué)與浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)從第一性原理出發(fā)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出了針對(duì)共價(jià)晶體的形變孿晶激活策略。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沿特定方向（如<100>方向）施加壓縮載荷時(shí)，cBN的臨界切應(yīng)力顯著降低，形變孿晶機(jī)制得以主導(dǎo)塑性變形。這一策略不僅適用于cBN，還在金剛石、碳化硅（SiC）、砷化硼（BAs）和砷化鎵（GaAs）等多種面心立方結(jié)構(gòu)共價(jià)晶體中驗(yàn)證了普適性，為相關(guān)材料研究提供了全新范式。

研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的“X-Nano”原位透射電鏡（TEM）樣品臺(tái)成為關(guān)鍵突破點(diǎn)。該設(shè)備具備五自由度的亞納米級(jí)精確操作能力，并配備全球最硬的納米孿晶金剛石壓頭，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)cBN形變孿晶的原子級(jí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)（圖1）。通過實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種與傳統(tǒng)金屬晶體截然不同的孿晶機(jī)制——“連續(xù)切變”。傳統(tǒng)金屬材料的形變孿晶依賴不全位錯(cuò)的逐層滑移，而cBN的孿晶過程表現(xiàn)為（111）晶面下方所有原子的集體切變（圖2）。這種機(jī)制形成了多層原子“過渡帶”，能夠均勻承載大應(yīng)變，顯著延緩裂紋產(chǎn)生。更令人振奮的是，金剛石塊材中同樣觀測(cè)到類似現(xiàn)象，表明“連續(xù)切變”機(jī)制在極端硬脆材料中具有廣泛適用性。研究顯示，激活形變孿晶的cBN亞微米柱體展現(xiàn)出驚人的力學(xué)性能：斷裂應(yīng)變率高達(dá)55%，強(qiáng)度突破92GPa，分別是大塊單晶的55倍和17倍，較傳統(tǒng)位錯(cuò)滑移機(jī)制樣品提升2倍（圖3）。這種性能飛躍源于形變孿晶與多種變形機(jī)制的協(xié)同效應(yīng)，包括多孿晶系統(tǒng)激活、孿晶界對(duì)位錯(cuò)的吸收與阻礙等。形變孿晶不僅使塑性變形更均勻，還通過多機(jī)制協(xié)同大幅提升了材料的抗裂能力。這一發(fā)現(xiàn)為極端硬脆材料的性能優(yōu)化開辟了新路徑。

該研究首次將經(jīng)典塑性理論拓展至共價(jià)晶體領(lǐng)域，為極端條件下材料設(shè)計(jì)提供了全新視角。在應(yīng)用層面，成果有望推動(dòng)超硬材料加工、高性能半導(dǎo)體器件、精密機(jī)械制造等領(lǐng)域的革新。例如，通過調(diào)控形變孿晶，可開發(fā)兼具高硬度與韌性的新一代刀具材料，或提升電子器件在復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境下的可靠性。

本項(xiàng)研究由燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與浙江大學(xué)交叉力學(xué)中心合作完成，論文共同第一作者為卜葉強(qiáng)、蘇正平、黃俊全和仝柯，通訊作者為聶安民和王宏濤。研究獲得國家自然科學(xué)基金（52288102、52090022等）、河北省自然科學(xué)基金（E2024203054、E2022203109）等項(xiàng)目支持。