过去认为，随着组成金属的晶粒尺寸变小，金属强度越大，最强时的晶粒尺寸约为10-15 nm，但如果晶粒的直径小于10 nm，则金属材料的强度又会变弱。犹他州大学博士后学者Xiaoling Zhou、地质学副教授Lowell Miyagi和中国上海高压科学研究中心的陈斌领导的实验表明，高压强化下晶粒直径小至3 nm的镍样品，样品的强度随着晶粒尺寸的减小而持续增加。
研究人员测试了晶粒尺寸从200~3 nm的镍样品，将各种晶粒度的样品置于高压钻石砧室中，并使用X射线衍射观察每个样品在纳米级发生的变化。随着样品晶粒尺寸变小，其强度不断增大。3 nm的样品在不可逆变形之前，可承受4.2吉帕斯卡的力，这比商业级晶粒尺寸的镍强10倍。在实验条件下，颗粒之间的相互作用方式是不同的，高压可能克服了晶粒滑动的影响。当在20 nm以下的晶粒尺寸处抑制晶界滑动时，研究人员观察到一种新的原子尺度变形机制，该机制导致了最细晶粒样品的极端强化。
该研究的一项进步是以前所未有的方式测量了纳米级材料的强度。另一项进步是高压强化金属的新方法，即对金属的晶粒表面进行加工以抑制晶粒的滑动。虽然高压强化实验在工业应用很少，但是可以考虑采用其他方法来抑制压力带来的晶界变形，这将有助于寻求超强的金属。
相关研究工作发表在Nature 。
中科院武汉文献情报中心供稿
