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與傳統(tǒng)合金相比，高熵合金因具有嚴(yán)重的原子尺度晶格畸變，表現(xiàn)出高強(qiáng)韌、耐輻照、抗斷裂和耐磨性等優(yōu)異的力學(xué)性能，在航空航天、核電和化工等重要工業(yè)領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力。然而，傳統(tǒng)的Eshelby平均場(chǎng)方法難以捕捉非均勻晶格畸變，在介觀尺度上尚未闡明“高強(qiáng)度-延展性”背后的物理機(jī)制，嚴(yán)重阻礙了高熵合金的設(shè)計(jì)開發(fā)及工業(yè)應(yīng)用。

采用球差校正掃描透射電子顯微鏡獲得了FeCoCrNiMn高熵合金非均勻晶格應(yīng)變場(chǎng)，結(jié)合微米柱壓縮實(shí)驗(yàn)清楚地證明了非均勻應(yīng)變場(chǎng)對(duì)力學(xué)性能的重大作用，發(fā)現(xiàn)了由應(yīng)變幅值和離散度控制的新的“非均勻晶格應(yīng)變”強(qiáng)化機(jī)制，有別于析出相強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化等傳統(tǒng)強(qiáng)化理論。調(diào)控材料內(nèi)在的非均勻晶格應(yīng)變?yōu)殚_發(fā)先進(jìn)的嚴(yán)重晶格扭曲晶體材料開辟了新的途徑。

通過統(tǒng)計(jì)分析原子尺度晶格應(yīng)變闡明了高熵合金非均勻晶格應(yīng)變的分形特性，利用隨機(jī)場(chǎng)理論將非均勻晶格應(yīng)變場(chǎng)嵌入連續(xù)介質(zhì)模型中，開發(fā)了非均勻晶格應(yīng)變依賴的三維離散位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)方法，發(fā)現(xiàn)了非均勻晶格應(yīng)變導(dǎo)致多重扭折/割階和多向多重交滑移的不尋常位錯(cuò)行為，為探明高熵合金高強(qiáng)韌的起源提供了新的視角。

論文第一作者為湖南大學(xué)李甲副教授，從事先進(jìn)合金強(qiáng)韌化建模及模擬研究，自2017年入職以來(lái)主持2項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和1項(xiàng)湖南省優(yōu)秀青年基金，并以第一及通訊作者在材料力學(xué)權(quán)威期刊Materials Horizons、Acta Materialia、Journal of the Mechanics and Physics of Solids、International Journal of Plasticity、Nano Letters、Cell Reports Physical Science、Journal of Materials Science Technology等發(fā)表多篇論文。湖南大學(xué)陳陽(yáng)博士和香港城市大學(xué)赫全峰博士后為論文共同第一作者。論文通訊作者為湖南大學(xué)方棋洪教授和香港城市大學(xué)楊勇教授。湖南大學(xué)姜潮教授團(tuán)隊(duì)、中南大學(xué)劉詠教授團(tuán)隊(duì)等參與了該研究工作。

圖1非均勻晶格應(yīng)變場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)表征和特征分析。

圖2非均勻晶格應(yīng)變誘發(fā)的非尋常位錯(cuò)行為。

論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2200607119

參考資料：https://news.hnu.edu.cn/info/1102/31699.htm