近日，我院2018届校友陈家骥为第一作者，金属研究所研究员金海军为通讯作者在期刊《科学》（Science）上发表了题为“纳米孔弥散强化金（Strengthening gold with dispersed nanovoids）”的研究论文。该工作提出了一种运用均匀弥散分布的纳米孔洞对材料进行强化的结构材料设计思路。
发展新型轻质高强度材料是航空航天、汽车、消费电子等关键领域的共同迫切需求。当前材料轻量化一般通过添加更轻的合金元素来实现，与之相比，引入孔洞是更为直观有效，且更具普适性的材料减重途径。但一般情况下，少量孔洞的存在可导致材料的强度、塑韧性、疲劳性能等力学性能急剧降低。因此，在铸造、粉末冶金、3D打印等材料制备加工过程中，孔洞一般被视为严重材料缺陷而需严格控制并极力消除。
图1 弥散纳米孔强化金（NVD-Au）不同尺度下结构形貌及三维重构图
为了探究孔结构的潜在应用，该工作以金为模型材料，通过脱合金腐蚀法制备出结构均匀的纳米多孔金，将其适当压缩后加热退火，形成一种含有大量弥散分布纳米孔的新材料。研究发现，添加体积分数高达5~10%的纳米孔后，材料屈服强度提升50~100%，且保持良好的塑性，部分样品塑性甚至优于同等晶粒尺寸的完全致密材料。该研究表明，特征尺寸低于百纳米的孔洞具有类似于纳米颗粒或纳米析出相的强化效应，是一种“零质量、零污染”的新型纳米强化相。这一强化方式不仅有助于材料轻量化和回收再利用，且可更大限度保留本体材料的优异物理性能，具有广阔的应用前景。
图2 具有不同平均孔径的NVD-Au的拉伸性能及NVD-Au与增材制造过程中引入孔洞造成的性能变化对比。
该工作的重要合作者有南京理工大学的尤泽升副教授，金属研究所的解辉副研究员以及辽宁省材料实验室的关怀副研究员等。该工作得到了国家自然科学基金的资助。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo7579
【论文作者简介】：
陈家骥，本科就读于中国矿业大学材料专业（2014-2018），班主任为张含卓老师，期间在陶庆老师指导下参与全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛，团队作品获得二等奖。后进入中国科学院金属研究所攻读博士学位（2018-2024年），导师为金海军研究员，研究方向为纳米多孔材料。曾获中国矿业大学一等奖学金，金属研究所一等奖学金，宝钢奖学金等。本科学习期间获得了扎实的材料科学基础教育，学院的本科生导师制也给予了良好的科研启蒙。材料专业优秀的教师团队，良好的学风建设以及科研环境，为每一位学子的进取提供了肥沃的土壤。
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编辑|陈 妍
审核|李泳锋
