2024年7月(yue)26日,國際(ji)頂(ding)級期刊(kan)《科學(xue)》(Science)刊(kan)發了北京(jing)科技大學(xue)新(xin)(xin)金(jin)屬材料國家重點實驗室陳克新(xin)(xin)研究員團隊聯合(he)北京(jing)工業大學(xue)王金(jin)淑教授(shou)團隊以及香港大學(xue)黃明(ming)欣教授(shou)的最新(xin)(xin)科研成果《借位(wei)錯實現陶(tao)(tao)瓷(ci)拉伸(shen)塑性變形》(Borrowed dislocations for ductility in ceramics)。該項(xiang)研究成果在世(shi)界上(shang)首次實現陶(tao)(tao)瓷(ci)的室溫大變形拉伸(shen)塑性,標(biao)志著學(xue)校在結構陶(tao)(tao)瓷(ci)領域取得重要進展,北京(jing)科技大學(xue)為該論文的第一(yi)通訊作者單位(wei)。

先進陶瓷材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)因(yin)具有耐高(gao)溫、耐腐蝕、硬度高(gao)、密度低等(deng)優異性(xing)能已成為許多高(gao)新技(ji)術(shu)領域發展(zhan)的關鍵材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。但是陶瓷材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)本征(zheng)脆性(xing)引發的可靠性(xing)差,嚴重制約了陶瓷材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的進一(yi)步發展(zhan)。因(yin)此,陶瓷材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)增韌(ren)和(he)增塑的研究一(yi)直(zhi)是該(gai)領域的核心內(nei)容(rong)和(he)前(qian)沿技(ji)術(shu),也(ye)是難度最大、最具挑戰性(xing)的課(ke)題之(zhi)一(yi)。
陳克(ke)新研(yan)(yan)究(jiu)團(tuan)(tuan)隊(dui)(dui)一(yi)直致力于塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)(xing)陶(tao)瓷(ci)方面的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu),曾成功實現(xian)了共價鍵氮化硅(gui)陶(tao)瓷(ci)的(de)(de)(de)(de)(de)室溫(wen)壓(ya)縮塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)(xing),陶(tao)瓷(ci)的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)變(bian)量高達20%,同時(shi)其壓(ya)縮強(qiang)(qiang)度提高至原來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)2.3倍(~11GPa)。該(gai)成果于2022年10月28日在世界(jie)頂(ding)級期(qi)刊Science(Science, 2022, 378, 371-376)發表(biao)(biao)后,得到(dao)材料科學(xue)領域的(de)(de)(de)(de)(de)高度評價。近日,陳克(ke)新研(yan)(yan)究(jiu)團(tuan)(tuan)隊(dui)(dui)在實現(xian)陶(tao)瓷(ci)壓(ya)縮塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)基礎(chu)上(shang),聯合(he)北京工業大(da)(da)學(xue)王金(jin)(jin)淑教(jiao)授和香港大(da)(da)學(xue)黃明欣教(jiao)授團(tuan)(tuan)隊(dui)(dui),首創(chuang)性(xing)(xing)(xing)地提出了向金(jin)(jin)屬“借位錯”的(de)(de)(de)(de)(de)策(ce)略,進一(yi)步實現(xian)了陶(tao)瓷(ci)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)(da)變(bian)形(xing)拉(la)伸塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)(xing),陶(tao)瓷(ci)的(de)(de)(de)(de)(de)拉(la)伸形(xing)變(bian)量可達39.9%,強(qiang)(qiang)度約為(wei)2.3 GPa,顛覆了人們關于“陶(tao)瓷(ci)不可能具(ju)有(you)拉(la)伸塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)(xing)”的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)貫認知。時(shi)隔1年多,該(gai)團(tuan)(tuan)隊(dui)(dui)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)成果再(zai)次發表(biao)(biao)在《科學(xue)》(Science)期(qi)刊上(shang)。
眾所周知,陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)材料(liao)很難(nan)(nan)像(xiang)金(jin)屬(shu)(shu)一樣(yang)(yang)產(chan)生塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing)(xing)變形,這是(shi)由陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)材料(liao)的(de)(de)化學(xue)(xue)鍵屬(shu)(shu)性(xing)(xing)(xing)(xing)決(jue)定的(de)(de)。由于(yu)極(ji)強的(de)(de)離子鍵或共價鍵特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing),使(shi)得陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)內的(de)(de)位(wei)(wei)(wei)錯(cuo)形核能(neng)極(ji)高。因(yin)此,通常情況是(shi)在(zai)陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)材料(liao)內產(chan)生位(wei)(wei)(wei)錯(cuo)并(bing)發生塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing)(xing)變形之前,就已經早早地(di)(di)發生了(le)(le)斷裂(lie)失(shi)效(xiao)。針(zhen)對這一難(nan)(nan)點,陳克(ke)新研究團隊首(shou)創性(xing)(xing)(xing)(xing)地(di)(di)提出了(le)(le)一種(zhong)(zhong)“借位(wei)(wei)(wei)錯(cuo)”思(si)想,即如果將金(jin)屬(shu)(shu)中的(de)(de)位(wei)(wei)(wei)錯(cuo)“借”給陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci),那么就可(ke)以有(you)效(xiao)地(di)(di)克(ke)服(fu)陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)中位(wei)(wei)(wei)錯(cuo)形核難(nan)(nan)的(de)(de)問題(ti)。一旦陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)內存在(zai)大量(liang)的(de)(de)位(wei)(wei)(wei)錯(cuo)滑動(dong),那么陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)就有(you)可(ke)能(neng)像(xiang)金(jin)屬(shu)(shu)一樣(yang)(yang)具有(you)塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing)(xing)。但(dan)是(shi),金(jin)屬(shu)(shu)位(wei)(wei)(wei)錯(cuo)在(zai)遷移到金(jin)屬(shu)(shu)-陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)相界(jie)面(mian)處時(shi)通常會在(zai)界(jie)面(mian)處釘(ding)扎(zha)聚集,因(yin)此金(jin)屬(shu)(shu)位(wei)(wei)(wei)錯(cuo)很難(nan)(nan)成功(gong)地(di)(di)被“借”到陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)內部。大量(liang)的(de)(de)金(jin)屬(shu)(shu)位(wei)(wei)(wei)錯(cuo)塞積反而(er)會導致金(jin)屬(shu)(shu)-陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)界(jie)面(mian)的(de)(de)開裂(lie),加(jia)速(su)材料(liao)的(de)(de)失(shi)效(xiao)。為(wei)此,研究團隊在(zai)金(jin)屬(shu)(shu)和(he)陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)之間(jian)設計了(le)(le)一種(zhong)(zhong)有(you)序(xu)結(jie)合(he)的(de)(de)共格界(jie)面(mian),該(gai)界(jie)面(mian)通過化學(xue)(xue)鍵結(jie)合(he)的(de)(de)方式,有(you)效(xiao)地(di)(di)提高了(le)(le)界(jie)面(mian)的(de)(de)結(jie)合(he)強度(du),從而(er)確保(bao)界(jie)面(mian)不(bu)開裂(lie);與(yu)此同時(shi),該(gai)有(you)序(xu)界(jie)面(mian)還保(bao)證(zheng)了(le)(le)金(jin)屬(shu)(shu)-陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)晶(jing)面(mian)的(de)(de)連續性(xing)(xing)(xing)(xing),該(gai)種(zhong)(zhong)連續的(de)(de)晶(jing)面(mian)可(ke)以有(you)效(xiao)降(jiang)低位(wei)(wei)(wei)錯(cuo)傳(chuan)遞(di)的(de)(de)勢壘(lei),使(shi)金(jin)屬(shu)(shu)位(wei)(wei)(wei)錯(cuo)可(ke)以輕松地(di)(di)“借”到陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)內部。正因(yin)為(wei)這種(zhong)(zhong)有(you)序(xu)界(jie)面(mian)可(ke)以實現(xian)金(jin)屬(shu)(shu)位(wei)(wei)(wei)錯(cuo)源源不(bu)斷地(di)(di)向陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)內傳(chuan)遞(di),從而(er)使(shi)“借位(wei)(wei)(wei)錯(cuo)”的(de)(de)陶(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)具有(you)了(le)(le)像(xiang)金(jin)屬(shu)(shu)一樣(yang)(yang)的(de)(de)拉伸(shen)塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing)(xing)。

具有有序界面結構的La2O3陶瓷可成功從金屬中“借”位錯,并成功實現陶瓷的拉伸和彎曲變形
相關(guan)成果同期(qi)被《科學》期(qi)刊選為“研究亮點(dian)”(Research Highlights),編輯以“借缺陷”(Borrowing defect)為題予以重點(dian)介(jie)紹。
北(bei)京科技大(da)學為(wei)該論(lun)文第一(yi)(yi)通訊作者(zhe)單位,陳克新研究員為(wei)該論(lun)文的(de)第一(yi)(yi)通訊作者(zhe),北(bei)京工業大(da)學王金淑教(jiao)授(shou)和(he)香港(gang)大(da)學黃明欣教(jiao)授(shou)為(wei)共同通訊作者(zhe)。董麗然、張杰和(he)李亦莊為(wei)共同第一(yi)(yi)作者(zhe),作者(zhe)高藝(yi)璇(xuan)副研究員為(wei)該工作提供了理(li)論(lun)計(ji)算支持。
北(bei)京科(ke)技(ji)大(da)學、北(bei)京工業大(da)學、寧波甬江實驗(yan)室(shi)和(he)香港大(da)學為該工作(zuo)的合(he)作(zuo)完成單位。
① 凡本(ben)站(zhan)注明“稿(gao)件來源:中國教育在線(xian)”的(de)(de)所(suo)(suo)有(you)文字、圖片和音視頻(pin)稿(gao)件,版(ban)權(quan)均屬本(ben)網(wang)所(suo)(suo)有(you),任(ren)何(he)媒體、網(wang)站(zhan)或(huo)(huo)個(ge)人未經(jing)本(ben)網(wang)協(xie)議授(shou)權(quan)不(bu)得轉(zhuan)(zhuan)載、鏈接、轉(zhuan)(zhuan)貼或(huo)(huo)以其他方式復(fu)制(zhi)發表。已經(jing)本(ben)站(zhan)協(xie)議授(shou)權(quan)的(de)(de)媒體、網(wang)站(zhan),在下載使(shi)用時必須注明“稿(gao)件來源:中國教育在線(xian)”,違(wei)者本(ben)站(zhan)將依法(fa)追究責任(ren)。
② 本站注明稿(gao)件來源為(wei)其他媒(mei)體的(de)文/圖等稿(gao)件均為(wei)轉(zhuan)載稿(gao),本站轉(zhuan)載出于(yu)非(fei)商業性的(de)教(jiao)育和(he)科研之(zhi)目(mu)的(de),并不意(yi)味著贊同(tong)其觀點或證實其內容的(de)真實性。如轉(zhuan)載稿(gao)涉及(ji)版(ban)權等問題,請(qing)作者在兩周(zhou)內速來電或來函聯(lian)系。




中國教育在線
