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科技日報(bào)訊 （記者劉霞）美英科學(xué)家在近期出版的《科學(xué)》雜志上刊發(fā)論文稱，他們在零下253.15℃附近，研究由鉻、鈷和鎳組成的合金CrCoNi時(shí)，測得了迄今最高的堅(jiān)韌度。研究表明，CrCoNi具有極高的延展性和強(qiáng)度，且隨著溫度降低，其堅(jiān)硬度和延展性會提高而非降低，與現(xiàn)有大多數(shù)其他材料背道而馳，有望在低溫領(lǐng)域發(fā)揮用武之地。
約10年前，本研究共同負(fù)責(zé)人、美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室伊索·喬治等人開始研究CrCoNi和另一種含有錳和鐵的合金CrMnFeCoNi。他們將材料冷卻到液氮溫度（約77開氏度或-196.15℃），發(fā)現(xiàn)其具有驚人的強(qiáng)度和韌性。隨后，他們借助中子衍射、電子背散射衍射和透射電子顯微鏡等技術(shù)，在液氦溫度附近對其開展測試。
研究共同負(fù)責(zé)人、美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室羅伯特·里奇表示，CrCoNi在液氦溫度（約20開氏度，-253.15℃）附近的斷裂韌性高達(dá)500MPa·m^1/2（兆帕乘以米的平方根），相較之下，硅、客機(jī)上的鋁機(jī)身、一些最好的鋼的韌性分別為1、35、100MPa·m^1/2。在相同溫度下對CrMnFeCoNi合金進(jìn)行的測試表明，其韌性比結(jié)構(gòu)更簡單的CrCoNi合金略遜一籌。
研究團(tuán)隊(duì)解釋說，變形機(jī)制、位錯滑移、層錯形成、納米孿晶和相變的漸進(jìn)協(xié)同作用可延長CrCoNi的應(yīng)變硬化，同時(shí)提高其強(qiáng)度和延展性，從而產(chǎn)生優(yōu)異的韌性。
喬治說，最新發(fā)現(xiàn)將使材料科學(xué)界重新思考有關(guān)物理結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系，“冶金學(xué)家說材料的結(jié)構(gòu)決定了它的性質(zhì)，但NiCoCr的結(jié)構(gòu)非常簡單。不過當(dāng)它變形時(shí)，結(jié)構(gòu)變得異常復(fù)雜，這有助于解釋其非凡的抗斷裂能力”。
研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，盡管CrCoNi的制造成本很高，但有望在寒冷的深空環(huán)境等低溫應(yīng)用領(lǐng)域找到用武之地。鑒于電池行業(yè)飛速發(fā)展導(dǎo)致全球鈷和鎳短缺，他們也在研究用更豐富且更便宜的元素制成具有類似特性的合金。
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