蘭州大學與國內外機構合作在納米材料研究領域取得重要進展

日期: 2020-10-14 閲讀: 來源: 關鍵詞:

納米晶材料,由於其獨特的微結構和優異的性能(如高強度、高硬度、高韌性、超塑性等),引起了人們越來越多的關注。在過去幾十年間,大多數研究工作主要致力於如何獲得細小的平均晶粒尺寸,而對工程可靠性至關重要的微結構均勻性卻鮮有研究。由於宏觀材料的失效通常發生在微結構的最薄弱環節,因此減小晶粒尺寸分佈,獲得均勻的微結構,對於包括納米晶材料在內的多晶體材料的開發及應用極為重要。

近日,蘭州大學物理科學與技術學院李建功教授團隊與國內外多家機構科研人員合作,在塊體納米晶和超細晶材料領域取得重要進展,首次提出超均勻納米晶材料的概念,並進行了系統的理論分析和實驗論證,這對包括納米晶材料在內的多晶材料的開發及應用具有重要的參考價值和指導意義。

基於Ostwald熟化機制,研究者給出了廣義LSW-Hillert晶粒生長理論的解析,並分析發現:較大的晶粒生長指數能夠給出較窄的歸一化晶粒尺寸分佈。這表明,如果能在塊體材料燒結緻密化過程中維持較大的晶粒生長指數,或許就能得到突破Hillert極限的超均勻多晶體材料。這一理論預測在燒結氧化鋁樣品中得到了驗證。在相對密度為65-70%的樣品中,歸一化晶粒尺寸分佈最窄,其晶粒尺寸分佈標準差僅為0.25。利用兩步燒結法,作者在Al2O3、難熔金屬(Mo單質和90W-10Re合金)、複雜氧化物體系(核殼結構BaTiO3和多組分固溶體0.87BaTiO3-0.13Bi(Zn2/3(Nb0.85Ta0.15)1/3)O3)等多個體系中均製備得到了緻密均勻的納米晶、超細晶材料。特別是利用高純、分散、超細(4.7 nm)α-Al2O3納米顆粒為原料,通過優化燒結參數,製備得到緻密、細晶(34 nm)、超均勻的氧化鋁納米晶陶瓷,歸一化晶粒尺寸分佈標準差僅為0.30(如圖),遠低於半個多世紀前Hillert預測的理論極限(0.354)。

緻密燒結體中歸一化晶粒尺寸分佈標準差σ與平均晶粒尺寸Gavg的關係

近日,該研究結果以“Ultra-Uniform Nanocrystalline Materials via Two-Step Sintering”為題在Advanced Functional Materials上發表。蘭州大學李建功教授、麻省理工學院李巨教授和賓夕法尼亞大學陳一葦教授為論文共同通訊作者。論文主要合作者包括麻省理工學院董巖皓博士、蘭州大學博士生楊紅兵、北京科技大學章林教授及博士生李星宇、美國愛達荷國家實驗室Dong Ding博士和清華大學王曉慧教授。該研究得到了國家自然科學基金和中央高校基本科研業務費等項目的資助。

原文鏈接://doi.org/10.1002/adfm.202007750

發現錯誤?報錯
文:
圖:
視頻:
編輯:侯牧晨
責任編輯:許文豔

推薦關注

閲讀下一篇