1.【科學背景】

現代工業的中科最新幾乎所有領域，對輕質和堅固材料的院金需求都在穩步增長。即使只是料牛將結構材料的重量降低幾個百分點，例如，中科最新在鋼中加入鋁或在鋁合金中加入鋰等輕質元素，院金都可以顯著提高能源效率，料牛減少運輸應用中的中科最新排放。引入孔隙可能是院金實現輕量化最有效和最廣泛適用的方法。然而，料牛孔隙通常被認為制造過程中需要消除的中科最新缺陷，其存在會使材料的院金強度和延展性嚴重惡化。值得注意的料牛是，與晶界等其他界面類似，中科最新孔隙表面也可以與位錯發生彈性相互作用，院金足夠小的料牛孔隙能夠引起額外強化。因此，長期以來人們一直設想可以通過引入納米級孔隙來增強材料，類似于沉淀硬化或納米顆粒硬化。然而，合成具有均勻分散納米孔隙的材料面臨很大挑戰。例如輻射可以產生誘發大量缺陷，包括納米空洞或納米氣泡，使材料硬化但同時也會嚴重脆化材料，因此通常被認為是有害的。

2.【創新成果】

基于以上研究背景，中科院金屬所金海軍教授（通訊作者）等人發現當金屬中的孔隙收縮到亞微米或納米尺度時，分散的納米孔可以在減輕重量的同時，增加材料的強度和延展性。他們通過一系列加工過程，包括腐蝕、壓縮和熱退火，將納米孔隙引入純金中，為開發新型輕質、高性能材料提供了一種廉價、環保的方法。相關研究成果以“Strengthening gold with dispersed nanovoids”為題發表在最新Science期刊上。

圖1. 具有分散納米孔（NVD）金的合成與微觀結構。? 2024 AAAS

圖2. NVD金的拉伸性能。? 2024 AAAS

圖3. 表面位錯相互作用。? 2024 AAAS

圖4.NVD金的應變-硬化率。? 2024 AAAS

?? 3.【科學啟迪】

在本工作中，分散的納米孔隙使純金密度降低了10%以上，只要納米孔隙能夠有效地整合到材料中，這種強化策略也可以適用于其他金屬和工程合金。除了傳統的發泡技術外，在凝固、相互擴散、塑性變形和增材制造過程中也會大量形成孔隙，但是這些孔隙通常較大，形狀不規則，分布不均勻，因此不利于材料的力學性能。與其消除這些孔隙，不如改進它們的大小，調整它們的形狀和分布，在不改變材料成分或相的情況下實現了納米孔隙的分散強化。雖然納米孔隙的強化效果可能不如硬納米顆粒，但可以進一步通過表面修飾，如表面偏析甚至沉淀來改善。另外，通過引入層次結構或增加結構異質性，具有分散納米孔金屬的機械性能還將進一步改善。

原文詳情：Chen, et al. Strengthening gold with dispersed nanovoids, Science (2024).