近日，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心研究員金海軍團(tuán)隊(duì)在上述問題的研究中取得進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)在電化學(xué)環(huán)境下進(jìn)行原位壓縮實(shí)驗(yàn)，比較納米晶和粗晶納米多孔金屬的力學(xué)行為，分離出納米金屬強(qiáng)度的STJ效應(yīng)，并確定其開始發(fā)揮作用的臨界尺寸。相關(guān)研究成果以Surface triple junction governs the strength of a nanoscale solid為題，發(fā)表在《物理評論快報(bào)》上。

　　該研究采用兩種特征樣品：一種是含有大量表面、晶界和STJ的納米晶納米多孔金樣品；另一種是含有大量表面，但晶界與STJ極少的粗晶納米多孔金樣品。由于晶界對電化學(xué)修飾不敏感，通過電化學(xué)控制表面狀態(tài)并觀察其對強(qiáng)度的影響，即可在納米晶納米多孔金中測得“STJ效應(yīng)+表面效應(yīng)”，即STJ與表面對強(qiáng)度的共同作用；作為參照實(shí)驗(yàn)，在粗晶納米多孔金中則可測得“表面效應(yīng)”。比較“STJ效應(yīng)+表面效應(yīng)”與“表面效應(yīng)”，發(fā)現(xiàn)兩者在百納米以上基本重合，而在百納米以下顯著分離（圖2）。這說明在約100納米以下，STJ開始對材料強(qiáng)度發(fā)揮作用。透射電鏡等實(shí)驗(yàn)表明，STJ有可能作為位錯(cuò)的優(yōu)先形核位置影響納米材料變形行為與力學(xué)性能。研究表明，STJ及更廣義上的三叉晶界線并非簡單的面缺陷間幾何交線，而是影響材料性能的重要結(jié)構(gòu)參量。該研究為理解納米金屬力學(xué)行為，實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能的控制與優(yōu)化提供重要信息。

　　該研究由金屬所博士研究生張燁元（論文第一作者）、特別研究助理解輝、副研究員劉凌志和研究員金海軍（論文通訊作者）共同完成。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助。

圖1.納米晶納米多孔金的（a）TEM圖像和選區(qū)電子衍射（SAED）圖案，（b）PED取向圖及（c）結(jié)構(gòu)示意圖。粗晶納米多孔金（d）TEM圖像和SAED圖案，（e）EBSD取向圖及（f）結(jié)構(gòu)示意圖。Surf：固體表面、GB：晶界、STJ：表面-晶界截交線

圖2.a、電化學(xué)控制原位壓縮實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，b、典型的納米晶納米多孔金隨表面狀態(tài)改變的原位壓縮曲線，c、納米晶和粗晶納米多孔金氧吸附產(chǎn)生的流變應(yīng)力變化幅度隨孔棱尺寸的變化規(guī)律