香港城市大学突破性研究登顶《科学》期刊：超纳工程技术打造高强度高延展性材料

吕坚教授关于强度及延展性更高的合金研究已于《科学》期刊发表 （香港城市大学供图）

香港城市大学（港城大）工学院院长吕坚教授领导的研究团队继首创发明超纳镁合金双相材料后，近期成功以超纳工程技术研发出大量兼备高强度与高延展性的结构材料。

相关研究已于国际学术期刊《科学》发表，题为《通过短程有序界面及超纳析出物研制延展性达2.6-GPa的合金》。此前，港城大团队关于镁合金的研究成果获选为2017 年 5 月4日《自然》期刊的封面故事。

港城大工学院院长吕坚教授表示，研究团队致力破解的终极研究难题是“如何以钢或钛等金属制成高强度和高延展性的材料”。

吕教授指出：“如要造出强度及延展性更高的材料，必须先克服合金会随时间而出现无法避免的、应变硬化能力下降的问题。”

团队通过独特方法对超纳级（尺寸小于10纳米）的超细晶粒合金进行实验，成功控制晶粒内部及晶界的排序和设计。

吕教授进一步解释：“我们曾以镁合金进行实验，但这次研究计划是以多种金属合成的材料作为实验对象。”吕教授团队的三个合作课题组负责人是曾在该组参与超纳双相研究的港城大博士生与博士后，现为西安交通大学实验室教授及团队负责人。这些优秀的研究人员均为国家级人才。

实验发现，超纳排序有助提高合金应对持续增加的拉伸应力，令合金的应变幅度达10%（相等于2.6-GPa）的时候才开始断裂。

吕教授补充：“即使是纳米超细晶粒合金，其抗拉强度一般亦不会高于1.5至2 GPa。”

研究还揭示，超纳排序对合金的位错和层错移动可产生较强的钉扎效应，令其移动变慢，从而增加了它们与其他可移动的位错作出互动和互缠的可能性，使合金负载时所产生的缺陷增加、积累。

吕教授强调：“由于晶粒内部的超纳排序分布所含析出物极为整齐，因此所形成的缺陷分布也十分均匀。这样有助缓减压力积聚于某一点，令强度与延展性均匀互补，从而提升合金的应变硬化能力率及拉伸幅度。”

相关超纳工程技术经过优化后，将可进一步提升不同材料的强度和延展性，拓宽超强合金的应用范围，涵盖航天、汽车、3C（电脑、通讯和消费电子产品）产业，以至建筑工程等。

上述研究计划获《国家自然科学基金委员会及研究资助局联合科研资助基金》计划与国家自然科学基金委员会拨款资助。

吕坚教授（左）与论文作者之一、机械工程学系研究员栾军华博士（右）（香港城市大学供图）

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