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    我国学者在合金“超临界弹性”研究领域取得新进展

    日期 2020-04-15   来源:工程与材料科学部   作者:邓意达 郑雁军  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(批准号:51831003、51527801)等资助下,北京科技大学新金属材料国家重点实验室、北京材料基因工程高精尖创新中心王沿东教授团队联合美国阿贡国家实验室和橡树岭国家实验室任洋博士等发现了合金中的“超临界弹性”现象。研究成果以“001方向NiCoFeGa单晶的零滞后超高弹性应变(Unprecedented non-hysteretic superelasticity of [001]-oriented NiCoFeGa single crystals)”为题,于2020年3月16日在《自然·材料》(Nature Materials)上在线发表。论文链接:https://doi.org/10.1038/s41563-020-0645-4。

      “超临界弹性”现象类似于人们所熟知的水汽超临界转变。当达到特定温度和压力时,液体和气体的界面消失,此时液态的水具有近似气体的扩散系数,气液两相性质相近,两者交融在一起难以分辨,呈现超临界状态,这一现象已广泛存在于化工与制药领域。在凝固态物理领域,很多重要现象如超导与超流,皆与超临界转变密切相关。而合金中“超临界弹性”的发现可能颠覆制约金属材料获得无滞后超高弹性的经典马氏体相变理论。

      研究团队成功制备出宽温域下具有零滞后超高弹性应变的NiCoFeGa单晶纤维,其直径为30-500微米,长度可达1米以上。该合金纤维在室温下具有高达15.2%的零滞后弹性形变,最高超弹应力达1.5 GPa。在123-423 K温域内其超弹性能基本不随温度变化。除此之外,该材料兼具高应变(10%)下的优良循环稳定性和大的弹性存能(~80 MJm-3)。利用高能X射线衍射、中子散射和高分辨扫描透射电镜等材料表征方法,发现这种新奇的零滞后弹性形变的物理机制源于一种新型的“原子尺度的有序无序纠缠结构态”导致的一级马氏体相变被抑制,从而演化为微观连续相变(属于二级或高级相变),并认为这种新型无滞后超高弹性是“超临界弹性”。

      该发现不仅为固体物理中超临界现象和相变行为领域的研究提供了新的研究思路,还为超高弹性功能材料在航空航天和智能制造等领域的应用开辟了新方向。