新華網瀋陽8月12日電 發展新型輕質高強度材料是航空航天、汽車、消費電子等關鍵領域的共同迫切需求。中國科學院金屬研究所瀋陽材料科學國家研究中心研究員金海軍團隊近日提出引入孔洞以實現材料減重並提升強度的新路徑，相關研究結果近日以《金的納米孔彌散強化》為題發表於《科學》期刊上。

  據介紹，當前材料輕量化一般通過添加更輕的合金元素（如輕質鋼中的鋁，以及鋁合金中的鋰）來實現。與之相比，引入孔洞是更直觀有效，且更具普適性的材料減重途徑，但一般情況下，少量孔洞的存在即可導致材料的強度、塑韌性、疲勞性能等力學性能急劇降低。因此，在鑄造、粉末冶金、3D打印等材料製備加工過程中，孔洞一般被視為嚴重材料缺陷並極力消除。

  金海軍團隊在研究中提出，如果孔洞細化至百納米以下並彌散分佈於材料中，其將從有害材料缺陷轉變為有益的“強化相”。該團隊以金為模型材料研究發現，添加彌散納米孔可在不損失、甚至提高塑性的同時，降低材料密度並大幅提升其強度。

  該團隊通過脫合金腐蝕法製備出結構均勻的納米多孔金，將其適當壓縮並加熱退火，形成一種含有大量彌散分佈納米孔的新材料。微拉伸實驗發現，添加佔比高達5%—10%的納米孔後，材料屈服強度提升50%—100%，且保持良好的塑性。部分樣品塑性甚至優於無孔的對照組樣品。彌散分佈納米孔有助於減輕孔洞周圍應力和應變集中，抑制裂紋的萌生，在提高材料強度的同時也有助於提高塑性。研究表明，特徵尺寸低於百納米的孔洞具有類似於納米顆粒或納米析出相的強化效應，是一種“零質量、零污染”的新型納米強化相。這一強化方式不僅有助於材料輕量化和回收再利用，且可更大限度保留本體材料導熱導電等優異物理性能，有可能在多個領域獲得應用。