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【科研进展】具高强度与高塑性的纳米结构金属
发布人: 和记娱h88 来源: 和记娱乐官方网登录注册 发布时间: 2020-06-16 10:19

  在金属的应用过程中,无论是强度还是塑性,如果达不到要求,都可能造成事故,比如:建设的桥梁容易断裂,汽车减震功能大打折扣,电脑和手机等精密仪器容易出现死机、卡顿。

  纳米金属薄膜是手机芯片、电脑cpu里的微电子器件与微机电系统主要组元材料之一,设计制备出高强度高塑性纳米金属,并且建立微纳米材料性能变异的新理论和新方法是信息、电子以及纳米等技术发展的基础。

  如何突破这一晶粒尺寸极限,进一步细化微观组织,在继续提高金属材料强度的同时提高其结构稳定性,是当今纳米金属材料研究面临的一个重大科学难题。

  研究表明,塑性变形过程中提高变形速率和变形梯度,可有效提高位错增殖及储存位错密度,从而促进晶粒细化进程。为此,卢柯研究组利用表面机械碾磨处理在金属纯镍棒表层实现了高速剪切塑性变形,这种塑性变形可在材料最表层同时获得大应变量、高应变速率和高应变梯度。随着距表面深度增加,应变量、应变速率和应变梯度呈梯度降低,形成呈梯度分布的微观结构。

  纳米尺度的层片厚度是超高硬度的本质原因,而高热稳定性源于其中的平直小角晶界和强变形织构。这种新型超硬超高稳定性金属纳米结构有望在工程材料中得到应用,以提供其耐磨性和疲劳性能。

  由于超深亚微米加工技术的不断突破,电子元器件不断微型化发展,逐步实现手机和电脑的微型化和智能化。而铜作为新一代微电子器件中的重要材料,其特征尺度也降低至10纳米以下,由此导致其力学特性的显著变化会影响微电子微器件使用性能与工作寿命。

  研究团队以纳米金属铜为研究对象,利用直流磁控溅射技术,在金属铜膜中引入超薄的金属钽层,尺寸近等于晶界的厚度,即起到类似“人工晶界”的作用。通过调节钽层的间距,从而获得具有梯度晶粒与等尺寸晶粒的两种层状结构金属复合薄膜,结果发现,金属复合薄膜的强度和均匀塑性应变最高分别达到1吉帕和70%。”

  最终,团队与其他机构合作,成功设计出兼具高强度与高塑性的纳米结构金属材料。这一全新的结构设计还可以有效推广到其他金属体系,也为高性能纳米金属的设计与制备开辟了新思。

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