長(zhǎng)期以來，材料性能的提升往往依賴于合金化，即通過元素的添加，使金屬成為具有預(yù)期性能的合金。但隨之而來的是材料成本不斷攀升，材料回收利用更加困難。伴隨著全球工業(yè)化進(jìn)程，材料領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展越來越受到世界各國(guó)科學(xué)家和政策制定者的重視，材料素化即是有望解決這一問題的途徑之一。材料素化通過跨尺度材料組織結(jié)構(gòu)的調(diào)控來減少合金元素的使用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)材料性能提升，促進(jìn)材料回收和再利用。這需要解決納米金屬材料熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性較差、納米金屬規(guī)模制備等一系列難題。
在“變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問題”專項(xiàng)項(xiàng)目支持下，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所李秀艷研究員和合作者研究發(fā)現(xiàn)在塑性變形制備的納米晶純金屬中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)，有助于制備極小晶粒尺寸超高強(qiáng)度超高穩(wěn)定性的金屬，從而使得材料素化成為可能。近期，Science期刊在線發(fā)表李秀艷研究團(tuán)隊(duì)撰寫的關(guān)于晶界調(diào)控實(shí)現(xiàn)材料素化的展望性論文《Improving sustainability with simpler alloys》，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，而且還將對(duì)材料及器件的制造產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
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