近日，五所大學（吉林大學、西安交通大學、悉尼大學、南京理工大學和香港大學）通過強強合作，在利用多尺度成分起伏調控超高強納米材料的應變硬化行為，開發高性能納米材料方面取得突破性進展。在頂級學術期刊Nature上在線發表“Uniting tensile ductility with ultrahigh strength via composition undulation”為題的學術論文。
該項研究中，南京理工大學材料學院沙剛教授和靳慎豹老師，與吉林大學韓雙副教授團隊、西安交通大學丁向東教授、孫軍院士和馬恩教授團隊、廖小舟教授團隊通力合作，在合金制備、力學性能實驗，分子動力學數值模擬，精細電子顯微分析基礎上，開展了三維原子探針分析研究，揭示了多尺度成分起伏的存在及復雜性。
該項目設計開發的高性能NiCo單相雙主元固溶體合金，實現了利用成分起伏改變超高強納米金屬材料應變硬化行為。三維原子探針與透射電鏡結合，成功地揭示了該材料存在納米晶粒（晶粒尺寸26 nm）及其內部多尺度成分起伏（1-10 nm）組成的復合納米結構。
該成分起伏通過引起層錯能和晶格應變場的明顯起伏，使位錯運動呈現出遲滯、間歇、纏結的特征，提高材料應變硬化能力。另一方面，位錯線的粘滯滑移，強化了位錯運動的應變速率敏感性，提高了應變速率硬化能力。
在應變硬化與應變速率硬化的共同作用下，該納米NiCo合金達到了單相面心立方金屬前所未有的高性能：1.6 GPa的屈服強度，近2.3 GPa的最高拉伸強度，16%的拉伸斷裂應變。
為共同通訊作者的沙剛教授團隊依托南京理工大學格萊特納米科技研究院和校級分析測試中心的三維原子探針設備，通過探測材料中元素原子的三維空間分布信息，成功地揭示了納米NiCo合金中多尺度成分起伏以及不同區域界面的成分梯度，為后續成分起伏與運動位錯相互作用的分子動力學模擬和理論計算提供了關鍵實驗支撐。
該工作再次表明，三維原子探針技術在當今材料科學前沿研究中的重要作用，是南京理工大學三維原子探針團隊在原子探針技術應用研究上取得的又一重要研究成果。
該團隊自2014年成立以來開展了大量高水平合作研究和獨立研究，在Nature, Science, Nature Materials, Nature Communications, Advanced Material, Materials Today, Progress in Materials Science, 及Acta Materialia等重要國際期刊發表了多篇高質量學術論文。
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