導(dǎo)讀漢堡由面包、蔬菜、肉餅和芝士堆疊而成，因美味且提供豐富的營(yíng)養(yǎng)成為了人們重要的食物形式之一。其中，面包提供了碳水化合物，蔬菜貢獻(xiàn)了豐富的維生素，肉餅提供了蛋白....

漢堡由面包、蔬菜、肉餅和芝士堆疊而成，因美味且提供豐富的營(yíng)養(yǎng)成為了人們重要的食物形式之一。其中，面包提供了碳水化合物，蔬菜貢獻(xiàn)了豐富的維生素，肉餅提供了蛋白質(zhì)，而芝士則含有大量的脂肪。因此，這小小的漢堡滿足了我們?nèi)祟惾粘Ｋ璧母黜?xiàng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

圖1 含有豐富食材的漢堡

金屬材料是工業(yè)發(fā)展不可或缺的重要“食材”，尤其是在面向核聚變能的應(yīng)用中，其不僅要支撐聚變裝置的主體結(jié)構(gòu)，更要具備一定功能性。

倘若一種或多種金屬“食材”被制備成具有“漢堡”一樣的結(jié)構(gòu)，那是否能發(fā)揮更大的作用呢？

圖2 聚變實(shí)驗(yàn)堆內(nèi)部金屬構(gòu)件

中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院方前鋒研究員課題組利用特殊的制備工藝，創(chuàng)造性的“編碼”銅鈮納米疊層材料的微觀結(jié)構(gòu)尺度分布，實(shí)現(xiàn)了類似于“條形碼”形貌的多尺度、多級(jí)特征結(jié)構(gòu)。

其中，不同尺度分布的單元可以扮演“漢堡”中“面包、蔬菜、芝士”等角色。

即多尺度結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了多級(jí)強(qiáng)化機(jī)制的配合，如細(xì)晶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、裂紋阻礙等，因此極大地提高了材料的強(qiáng)度和可加工性。

圖3 納米疊層金屬中類似“漢堡”的多尺度結(jié)構(gòu)及其強(qiáng)化機(jī)制

此外，多級(jí)結(jié)構(gòu)還能調(diào)控“漢堡”口味。

即通過(guò)控制加工過(guò)程中材料內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)的變化構(gòu)建出不同的界面類型，利用不斷累積的失配位錯(cuò)與界面發(fā)生相互作用，可控地形成有序共格、化學(xué)混合以及無(wú)序非晶界面。

研究人員通過(guò)氦離子輻照實(shí)驗(yàn)及分子動(dòng)力學(xué)模擬分析得出，正是這種具有化學(xué)混合和非晶結(jié)構(gòu)特征的三維界面（3D）有效抑制了聚變反應(yīng)產(chǎn)生的輻照缺陷對(duì)材料性能的不利影響。

圖4 不同界面的原子結(jié)構(gòu)以及對(duì)輻照缺陷的反饋

此外，這種高密度的化學(xué)混合界面結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了對(duì)磁通線的釘扎效應(yīng)，提高了材料的超導(dǎo)電流負(fù)載能力。該項(xiàng)研究基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與理論模擬相結(jié)合，驗(yàn)證了構(gòu)造多級(jí)特征結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)高性能材料的有效策略，同時(shí)利用特殊界面調(diào)控氦泡生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，最終使銅鈮疊層材料具有優(yōu)異的機(jī)械、超導(dǎo)和抗輻照性能，并有望應(yīng)用于核聚變領(lǐng)域。

相關(guān)論文發(fā)表在金屬材料領(lǐng)域國(guó)際期刊 Acta Materialia 上，論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645420305371。

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院