发丝状的纳米铜,室温下冷轧竟从1厘米左右延伸到近1米,厚度也从1毫米减为20微米……不久前,中科院金属研究所的一个科研小组,在世界上首次直接观察到纳米金属材料具备的“奇异”性能——室温下的超塑延展性,从而标志着我国纳米材料研究再获新突破。
这一发现得到同行的普遍好评,论文也发表在世界权威刊物《科学》上。纳米材料“鼻祖”、德国科学家格莱特(H·Gleiter)教授认为,这项工作是“本领域的一次突破,它第一次向人们展示了无空隙纳米材料是如何变形的”。
传统金属材料在加工过程中易出现裂纹甚至发生断裂。如何使金属具有超塑性——可承受很大的塑性变形而不断裂,成为各国科学家面临的一道难题。10年前,格莱特教授曾预测:如果将构成金属材料的晶粒尺寸减小到纳米量级,材料在室温下应具备很好的塑性变形能力。
多年来,尽管预测得到了计算机模拟结果的肯定,但各国科学家的实验结果却令人失望。孔隙大、密度小、被污染等因素使绝大多数纳米金属在冷轧中易出现裂纹,塑性很差。
材料不过关,自然是巧妇难为无米之炊。35岁的卢柯研究员领导的小组首先利用新的制备工艺,合成出大量高密度、高纯度的纳米铜,其晶粒尺寸仅有30纳米,是常规铜的几十万分之一。进一步的冷轧实验中,他们兴奋地观察到了这种奇异现象:纳米铜在室温下可变形达50多倍而没有出现裂纹。
专家指出,“奇异”性能的发现,缩短了纳米材料和实际应用的距离,意味着和普通金属力学性能完全不同的纳米金属,在精细加工、电子器件和微型机械的制造上具有重要价值,材料加工领域的一场革新有望到来。
纳米材料是当前最活跃的科学前沿之一,各国科学家都将其作为主攻目标进行研究。过去十年里,卢柯领导的研究小组在纳米材料领域取得了一系列创造性的成果和发现,被国际权威人士誉为世界有成就的6个研究组之一,卢柯也成为国际纳米材料委员会唯一的中国籍委员。专家认为,能够连续取得世界领先成果,意味着扎根国内,科学家是可以跻身国际前沿的。