【中科院之聲】“營養又美味”的金屬“漢堡”

發表時間: 2020-10-29 作者:

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養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,蔬菜貢獻了豐富的維生素,肉餅提供了蛋白質,而芝士則含有大量的脂肪。因此,這小小的漢堡滿足了我們人類日常所需的各項營養物質。
金屬材料是工業發展不可或缺的重要“食材”,尤其是在面向核聚變能的應用中,其不僅要支撐聚變裝置的主體結構,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”一樣的結構,那是否能發揮更大的作用呢?
中國科學院合肥物質科學研究院方前鋒研究員課題組利用特殊的制備工藝,創造性的“編碼”銅鈮納米疊層材料的微觀結構尺度分布,實現了類似于“條形碼”形貌的多尺度、多級特征結構。
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。
即多尺度結構實現了多級強化機制的配合,如細晶強化、位錯強化、裂紋阻礙等,因此極大地提高了材料的強度和可加工性。
此外,多級結構還能調控“漢堡”口味。
即通過控制加工過程中材料內部應力場的變化構建出不同的界面類型,利用不斷累積的失配位錯與界面發生相互作用,可控地形成有序共格、化學混合以及無序非晶界面。
研究人員通過氦離子輻照實驗及分子動力學模擬分析得出,正是這種具有化學混合和非晶結構特征的三維界面(3D)有效抑制了聚變反應產生的輻照缺陷對材料性能的不利影響。
此外,這種高密度的化學混合界面結構增強了對磁通線的釘扎效應,提高了材料的超導電流負載能力。該項研究基于實驗設計與理論模擬相結合,驗證了構造多級特征結構以實現高性能材料的有效策略,同時利用特殊界面調控氦泡生長的動力學過程,最終使銅鈮疊層材料具有優異的機械、超導和抗輻照性能,并有望應用于核聚變領域。
相關論文發表在金屬材料領域國際期刊 Acta Materialia 上,論文鏈接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645420305371

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