研究突破 - 国际顶级学术期刊《科学》周刊发表辽宁材料实验室与中国科学院金属研究所联合研究团队的最新研究成果 首次发现金属中存在"负能界面" [1] - 该研究标志着金属材料的结构调控进入到亚纳米尺度 可将金属材料强度提升至接近理论极限 为下一代高性能金属材料的设计开辟全新维度 [1] - 研究团队通过电化学沉积结合非晶化方法 发现金属中存在一种比孪晶界更稳定的界面——"负能界面" [2] 技术优势 - "负能界面"的平均界面厚度小于1纳米 比孪晶界面更稳定 达到了材料中的界面密度极限 从而将材料强度提升至接近理论极限 [2] - 不同于传统金属强化方法通常会导致弹性模量下降 "负能界面"在提高强度的同时显著提升材料的弹性模量 [2] - 该"负能界面"强化机制适用于多种合金体系 [2] 行业背景与比较 - 提高金属强度是长期以来材料领域的核心研究目标 通过结构细化到纳米尺度形成高密度界面是金属的一种主要强化途径 [1] - 2004年卢柯研究员团队利用稳定的低能孪晶界在金属铜中获得纳米孪晶结构 使铜的强度提升10倍以上并保持高导电性 [1] - 当孪晶层片厚度低于约10纳米时 孪晶结构会失去稳定性导致材料软化 结构无法进一步细化 [1] 应用进展 - 研究团队已与相关企业开展中试 探索将研究成果应用于提升高精密设备部件的耐磨性 [2]

核心技术突破 - 在金属中发现"负能界面"，实现亚纳米结构合金强化，使材料强度逼近理论极限并显著提升弹性模量[1] - 极限尺度稳定界面能够改变晶格的原子键合状态，从而大幅度提升性能，为下一代高性能金属材料设计开辟新维度[1] - 通过电化学沉积结合非晶化方法，在Ni-Mo合金中发现过剩能为负的界面，比孪晶界面更稳定[2] 研究背景与挑战 - 提高金属强度是材料领域的核心目标，将结构细化到纳米尺度形成高密度界面是主要强化途径之一[1] - 卢柯研究员团队曾利用稳定低能孪晶界在金属铜中构建纳米孪晶结构，使铜强度提升10倍以上并保持高导电性[1] - 当孪晶层片厚度低于约10纳米时，孪晶结构失稳导致材料软化，结构无法进一步细化，突破尺寸极限成为重大难题[1] 研究历程与发现 - 2018年团队发现当纳米金属晶粒小于70纳米时，晶界能量下降，结构稳定性不降反升，颠覆传统认知[2] - 2020年团队将纯铜晶粒细化至4—5纳米时，发现材料转变为"受限晶体"新结构，晶界呈现三维周期性极小面特征[2] - 最新研究聚焦尺度更小的界面结构，平均0.7纳米/3—4原子层，并在Ni-W等其他材料体系也发现亚纳米"负能界面"强化效应[2] 应用前景与进展 - 相关合金已取得中试成果，有望推动高精密耐磨部件的技术升级[2] - 这一发现标志着金属材料的结构调控进入到亚纳米尺度，相关成果在国际期刊《科学》上发表[1]

文章核心观点 - 联合研究团队在金属中发现一种名为“负能界面”的新型稳定界面，其界面能量低于孪晶界，能将材料强度提升至接近理论极限，并为下一代高性能金属材料设计开辟新维度 [1] 研究发现与特性 - 在含有钼的镍过饱和固溶体合金中，面心立方与密排六方晶格间的共格界面具有负过剩能，比孪晶界能量更低 [1] - 负能界面可获得极高的界面密度，平均界面厚度小于1纳米，达到了材料中的界面密度极限 [1] - 极高密度的负能界面具有本征稳定性，可有效阻碍位错及界面运动，完全抑制材料的塑性变形 [1] 性能提升与机制优势 - 负能界面强化机制可将材料强度提升至接近理论极限 [1] - 不同于传统金属强化方法通常导致弹性模量下降，负能界面在提高强度的同时显著提升材料的弹性模量 [1] - 该强化机制适用于多种合金体系，标志着金属材料的结构调控进入亚纳米尺度 [1] 行业影响与前景 - 极限尺度的稳定界面能够改变晶格的原子键合状态，从而大幅度提升材料性能 [1] - 这一发现为下一代高性能金属材料的设计开辟了全新的维度 [1]