近期，佰富彩主页省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室薛红涛副研究员与中科院金属所沈阳材料科学国家研究中心卢柯院士团队合作的原创性研究成果“Breaking the purity-stability dilemma in pure Cu with grain boundary relaxation”在国际材料科学领域顶级期刊《MaterialsToday》（影响因子IF=31.041）在线发表。该研究工作是由国家重点实验室与沈阳材料科学国家研究中心合作完成，薛红涛博士为第三作者，参与完成了该成果中分子动力学模拟的研究工作，通讯作者为沈阳材料科学国家研究中心主任卢柯院士和我校柔性引进专家李秀艳研究员。
现代制造业对高纯度金属（如溅射靶材、生物植入材料、高导电金属等）的需求越来越大。然而，高纯和超高纯金属的加工和应用受到一个众所周知的困境的制约，即金属的纯度越高，其热稳定性和强度越差，简称纯度-稳定性困境。比如，随着冷拔纯Cu中杂质Sn浓度从118 ppm降低至7 ppm，其再结晶温度由623 K下降至538 K；当Al的纯度由2N升高到5N，其硬度下降约30%。目前常用的细化晶粒方法虽可以有效提高纯金属的硬度且能够摆脱对传统合金化方法的依赖，但其依旧未能打破纯金属的纯度-稳定性困境。
团队前期研究发现，通过调控晶界结构（晶界驰豫）可以实现纳米金属的稳定化。在这项工作中，薛红涛副研究员与金属所卢柯院士团队分工合作，通过“模拟+实验”的方式，探索了纳米纯Cu中晶界弛豫能否作为一把钥匙，解开纯金属的纯度-稳定性困境。实验研究发现，经过晶界驰豫的纳米纯Cu表现出与传统纳米Cu截然相反的纯度-稳定性/硬度关系，即晶界驰豫使纳米纯Cu的晶粒长大温度（热稳定性）和显微硬度随纯度的升高（2N到6N）而升高。为什么经过晶界驰豫的纳米纯Cu会表现出反常的杂质效应——越纯越稳定呢？分子动力学模拟给出了答案。模拟发现，杂质原子容易在晶界处偏析，对晶界驰豫具有显著抑制作用。纳米Cu的纯度越高，其杂质含量越低，杂质原子对晶界驰豫的抑制作用越弱，经过充分晶界驰豫的纯Cu因此具有更高的稳定性。这项研究工作不仅突破了高纯金属中一直存在的纯度-稳定性相悖难题，而且为稳定高纯金属、拓宽其先进加工和应用窗口提供了新思路。该工作得到国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项的支持。（撰稿：薛红涛，审核：石玗）
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2022.03.002
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