K Lu金属中发现超硬超高稳定性纳米层片结构
W_Mo纳米多层膜的界面结构与超硬效应
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稀有金属材料与工程
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（图 $%） 。 进一步 层的应变幅值仍与大调制周期时相同 减小调制周期，纳米多层膜中的交变应力场周期减 （图 $&） 小， 而应变幅值也同时减小 ， 直至形成混合膜， 薄膜的周期应变消失。图 ! 中 ’() 对 * + ,- 纳米多 层膜平行于调制层晶面间距的精确测量， 明显地看到 了这一过程。 因而， 从总体上看， 纳米多层膜中存在的 内应力 . 包括 ,- 调制层中的拉应力和 * 调制层中压 应力 / 随调制周期的减小而逐步增加。纳米多层膜交 变应力场所造成的畸变能使位错穿过调制界面和调 制层的阻力增加，随调制周期的减小，应力场畸变能 增加， 从而使纳米多层膜产生硬度的增加。 另一方面， 由于一个调制层在沉积生长时， 溅射原子 . 或原子团 / 对先期沉积的另一调制层的冲击作用， 使得调制界面 产生一定厚度的成分混合。 随纳米多层膜调制周期的 继续减小，界面混合区的比例增大，直至形成混合薄 从而使纳米多层膜的硬度下降。* + ,- 纳 膜. ! 0 1/， 米多层膜由于界面的共格错配度较小， 这种硬度的下 降并不明显。
材料强化理论 T A U 等。其中， 界面协调应变理论和界面 应力模型都认为 2， X 两调制层存在的拉 < 压交变的 应力场是纳米多层膜在小调制周期产生硬度异常升 高的原因， 其差别主要在于界面协调应变理论把这种 交变应力场归因为界面共格畸变， 而界面应力模型则 认为薄膜在异种材料表面形核生长本身就具有界面 应力。而 ]"O^#O. 理论认为， 如果 2， X 两调制层存在 共格界面， 并且有差异较大的弹性模量差以形成大的 位错线能量差， 使位错难以从线能量低的调制层移动 到线能量高的调制层， 则可以使纳米多层膜在小调制 周期得到高强度。然而由于纳米多层膜种类繁多， 组 织各异，形成的界面结构极其复杂，以上所提出的各
纳米氮化硼增强金属基复合材料的研究进展
第14卷 第9期 精 密 成 形 工 程收稿日期：2022–05–11基金项目：国家自然科学基金（52105259）；中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室开放课题（2020K06）；江苏大学优秀青年人才基金（19JDG021，18JDG030）；江苏省研究生科研与实践创新计划（KYCX21_3328）；江苏省高校自然科学基金（19KJB460012）；江苏省博士后基金（2021K389C ） 作者简介：刘振强（1996—），男，博士生，主要研究方向为金属基复合材料。
刘振强，王匀，李瑞涛，何培瑜，刘宏，刘为力（江苏大学 机械工程学院，江苏 镇江 212013）摘要：在金属中添加陶瓷增强相是调控和改善金属材料结构和性能的重要途径。
传统硬质陶瓷增强相难以满足金属材料日益严苛的应用需求。
以氮化硼纳米片（boron nitride nanosheet ，BNNS ）和氮化硼纳米管（boron nitride nanotube ，BNNT ）为代表的纳米氮化硼具有极大的比表面积和优异的力学性能、热稳定性、化学稳定性等，是制备性能优异的金属基复合材料的理想增强相。
系统总结了纳米氮化硼的种类和特征，综述了纳米氮化硼增强金属基复合材料的制备方法，归纳了纳米氮化硼增强Cu 、Al 、Ti 复合材料的研究成果，总结了纳米氮化硼/金属复合材料的力学和摩擦学性能，并揭示了复合材料性能改善的机理。
最后，展望了纳米氮化硼/金属复合材料的发展趋势。
关键词：纳米氮化硼；金属基复合材料；力学性能；摩擦学性能DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.09.017中图分类号：TB331 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)09-0119-12Research Progress of Nano-boron Nitride Reinforced Metal Matrix CompositesLIU Zhen-qiang , WANG Yun , LI Rui-tao , HE Pei-yu , LIU Hong , LIU Wei-li(School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Jiangsu Zhenjiang 212013, China)ABSTRACT: The introduction of ceramic fillers into metal is an effective way to optimize the microstructure and enhance the properties of metal. Traditional hard ceramic reinforcements are difficult to meet the rising application requirements of metal materials. Nano-boron nitrides such as boron nitride nanosheet (BNNS) and boron nitride nanotube (BNNT) are ideal fillers for high-performance MMCs due to the large specific surface areas and excellent mechanical, chemical and thermal properties. The types and performance of nano-boron nitrides were systematically reviewed. The preparation method of nano-boron nitride re-inforced metal matrix composites was introduced. The research works that led to the advances in nano-boron nitride reinforced Cu, Al, and Ti matrix composites were summarized. The mechanical and wear properties of nano-boron nitride/metal composites were concluded, and the mechanisms improving performance of composites were also revealed. Finally, the promising outlook of nano-boron nitride/metal composites is prospected.KEY WORDS: nano-boron nitride; metal matrix composite; mechanical properties; wear properties航空航天、深海舰船、汽车交通、核电、化工、能源等领域的迅猛发展使金属基复合材料的服役条件日趋复杂和苛刻。
中国科大揭示金属纳米粒子切割石墨烯奥秘
中国科大揭示金属纳米粒子切割石墨烯奥秘
大漠
【期刊名称】《航空制造技术》
【年(卷),期】2016(0)12
【摘要】近日，中国科学技术大学教授李震宇等在金属纳米粒子切割石墨烯的机理研究中取得新进展，首次揭示了金属纳米粒子在石墨烯切割中扮演“吃豆人”（Pac—Man）的角色。
【总页数】1页(P12-12)
【关键词】金属纳米粒子;石墨;切割;中国科大;中国科学技术大学
【作者】大漠
【作者单位】《航空制造技术》编辑部
【正文语种】中文
【中图分类】TB383
【相关文献】
1.中科大首揭金属纳米粒子切割石墨烯奥秘 [J], ;
2.中国科大揭示金属纳米粒子切割石翠烯的奥秘 [J], 钟达;
3.受限在两层石墨烯纳米片间的Pd-Au-Pt三金属\r纳米粒子相变的分子动力学模拟研究 [J], 于有权;邵景玲;魏松;朱小蕾
4.受限在两层石墨烯纳米片间的Pd-Au-Pt三金属纳米粒子相变的分子动力学模拟研究 [J], 于有权;邵景玲;魏松;朱小蕾
5.中国科大揭示金属纳米粒子切割石墨烯的奥秘 [J],
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纳米金属材料研究获重大突破
Ｅ ２ ６ ］ 陈丙璇 ， 宋婧 ， 钟建华 ．易切削 黄铜耐磨 耐腐蚀 性能 的研
究ｌ ＿ Ｊ ｊ ． 铸造 ， ２ ０ ０ ６ ， ３ ５ （ ５ ） ： ５ １ ６—５ １ ８ ． Ｅ ２ ７ ］ 韩 和兵 ．Ｃ ｕ—Ｚｎ —Ｂ ｉ —Ｍｎ—ＲＥ无铅易切 削黄铜组织 性
的铜 杆线 制作 工 艺 是 先把 铜 水 铸 造 成 锭 ， 再加 热 轧制 成铜 杆线 ， 而 如今这 个连铸 连 轧 的生产 线 ， 则 不需 进行 二次 加热 ， 就 直接轧 制成 材 ， 与 目前 国内 相 同 的进 口生产 线 相 比， 能耗直降 １ （ ） ％ 以上 ．全 自动化 的操作 流程 ， 生 产线 上每班 只需 ２ １ 名 工 人 就 可完成 操作 ， 设 备使 用清 洁能 源一 天然 气 ， 废 水 通过 冷却塔 的特别装 置可循 环使 用 ．
美陆 军将 研 发 世界 最 大战 车 用铝合 金 整体 车体
据 中国 国 防科技 信 息 网报道 ， 美 铝 公 司 与美 国 陆军研 究实验 室将 联合 开发 世界 最大 的地 面 战 车用铝合金整体车体 ， 以替代 目前使用 的组合 车 体， 进一步提高车体 的强度和耐久性 ． 采用整体铝 合金车体 ， 不仅安全性 能提高 ， 还 能实现车体 减 重， 缩短装 配 时 问 ， 降 低 战 车制 造 及 使 用 成本 ． 美 铝公 司将 采用 该公 司 的 ５万 ｔ 锻压 机 生产 尺寸 达 ６・ １ ７ ・ １ ｍ 的整 体 车 体 样 件 ， 来 验 证 其 性 能 优 势． 美铝公 司的 ５万 ｔ 压机 是 美 国 国 防非 常 重 要 的战略 资产 ， 同样 吨位 的重 型 闭模 锻压 设 备 美 国 只有 两 台 ． 采用 锻 压 成 形 的整 体 车 体 具 有 如下 优 势： 一是 能消 除 焊缝 ， 显 著 提 高 车体 抗 弹性 能 ； 二 是 采用更 能 吸 收爆 炸 能 量 的新 型 铝 合 金 ， 将 进 一 步 提高 车辆 的抗 损 伤 能 力 ； 三 是 由于 锻 压 成形 相 对 容易 ， 可 以根 据抗 弹性 能 和 减重 需 求 确 定 车体 厚度 ； 四是整 体 车体 结 构 将 会 降低 战 车整 个 生命 周 期 的成 本 ， 包括通 过减 重提 高 战车燃 油效 率 ， 降 低 装配 复杂性 ， 缩 短装 配时 间 ． （ 摘 自《 中国铝业 网》 ）
卢柯：打造科研故事会
卢柯：打造科研故事会作者：雷晶晶来源：《莫愁(时代人物）》 2021年第1期文 / 雷晶晶2020年9月6日，2020年度未来科学大奖获奖名单在北京揭晓，中国科学院院士、中科院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心主任卢柯一举摘得三大奖项中的“物质科学奖”。
他戏称这是把聚焦未来的大奖颁发给了相对传统、古老却又备受瞩目的材料学科。
“一根筋”坚持到底卢柯出生在甘肃华池山区，10岁时曾不慎从两米多高的梯田上摔下来，导致记忆力轻度受损，直到进了大学还在服用中药调理。
考进南京理工大学时，卢柯刚满16岁。
为了应对相对薄弱的英语，卢柯把专业教材《位错导论》翻译成中文反复研读。
硕士研究生期间，他又如法炮制地翻译了多本指导用书。
上世纪80年代，德国科学家葛莱特制备出第一块纳米金属样品，纳米材料以断裂应力与力学性能惹得诸多人跃跃欲试。
那时，中国科学院金属研究所硕士在读的卢柯还痴迷于金属学。
三年后，表现出众的卢柯获得去日本读博的机会，然而他果断拒绝：咱们国家的科研条件固然有限，但一定可以激发出源源不竭的创造力。
留在中科院金属研究所的卢柯先后在国际学术刊物发表十几篇论文，修正了被引用十年之久的英国科学家斯考特等人的学术理论，并提出新的非晶态金属晶化机制，斩获首届“中国科学院院长奖学金”特别奖。
1990年，卢柯提出以“非晶完全晶化法”制备纳米晶体，该工艺操作简单易控、界面整洁致密，很快被国际纳米材料界广泛认可。
卢柯因此声名鹊起，先后荣获二十多项奖项。
时隔六年，卢柯带领的课题组又在研究中取得了全新突破：纳米金属铜在室温下展现出“超塑性”。
传统金属的超塑性一直堪称世界性难题，尽管缩小到纳米量级的改良效果早在十年前已经得到过计算机的模拟认证，但来自各国的实验结果仍旧差强人意。
卢柯实现了科学界的一次突破，这必将衍生出更重要的科学价值。
1998年，在参加一次大型学术研讨会时，卢柯兴奋地将自己在纳米技术上的某项发现呈给在场的一位专家过目，然而对方直言这并非一个新命题。
超硬纳米多层膜致硬机理
TiN 和 SiC 层按混合法则所得的硬度。 （2）、模板效应 当不能形成共格界面的两种结构材料沉积成多层膜时,在层厚极 薄时,由于前一沉积层的“模板”作用,另一沉积层可以形成亚稳相并 在一定的厚度范围内稳定存在,与另一层形成共格界面。仅以 fec 结 构存在的 TiN,成为最常用的模板层,与另一种材料组成的纳米多层膜, 当其中一层厚度性(<=2nm)时,形成共格界面,出现亚稳结构。如具有 多种晶体结构类型的 NbN、TaN、TaWN 等与 TiN 形成纳米多层膜时, 以亚稳的 fcc 结构在 TIN 表面外延生长,形成 fcc/fcc 界面结构,并在 A=5-10nm 内,产生超硬效应。而 TiN/AlN 纳米多层膜的致硬机理就更 特殊[15],除了位错塞积机制,fcc 结构的 AlN 体模量或硬度高于 hcP 结构的 AlN,也是其硬度单调增加的原因.对 TiN/CNxZrN/CNx 多层膜 [16],TIN、 ZrN 的(111)面与(0001)面有良好的晶格匹配,但对 CNx 层, 在层厚大时为非晶,在层厚极小时(<=1nm),CNx 层变为晶体,同时存在 很强的 TiN、ZrN 层中(111)织构,稳定晶体结构,对这些晶体薄膜,硬 度高达 50GPa。 不管是互促效应还是模板效应,满足共格外延生长的调制质周期 都非常小,这为该类薄膜的进一步应用造成了障碍,因此扩大调制层 的周期是实现该类纳米多层膜应用的必然途径。 4、Hallpateh 强化效应[17] 许多研究结果证明,当调制周期在微米尺度范围内时,多层膜的 硬 度 按 照 HallPatch 方 程 随 调 制 周 期 的 减 小 而 上 升 , 其 机 制 为
《当代物理前沿》小论文
题目：超硬纳米多层膜致硬机理
学院：理学院 班级：应用物理学 2012 级（1）班 姓名：王静楠 学号：2012518064 日期： 2015 年 10 月 30 日
TiC基纳米多层膜的微结构和超硬效应的开题报告
TiC基纳米多层膜的微结构和超硬效应的开题报告
论文题目：TiC基纳米多层膜的微结构和超硬效应
题目研究背景：
钨钢等金属材料在高温高压等恶劣环境下易受热蚀、氧化，导致材
料寿命缩短，生产设备效率降低，维护成本增加等问题。
利用钨钢等金
属材料进行涂覆提高其耐磨性、耐腐蚀性、降低摩擦系数等变成越来越
广泛的应用领域。
TiC基纳米多层膜是当今最受关注的涂覆材料之一。
该材料具有硬度高、耐磨性好、化学稳定性强等特点，可在高温高压环境
下发挥出色的耐用性和性能稳定性。
研究内容：
本论文将探讨TiC基纳米多层膜的微结构特点及其本身所具有的超
硬效应。
研究中将使用多种表征手段，包括扫描电子显微镜、透射电子
显微镜、X射线衍射仪等，对其微结构和输运性质进行分析，探究其超硬效应的来源和使用前景。
研究方法：
1.利用卤素灯热蒸发技术制备TiC基纳米多层膜；
2.通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪等仪器对制备的TiC基纳米多层膜进行物理、化学分析；
3.对TiC基纳米多层膜进行力学性能的测试，探究其超硬效应的来源。
研究意义：
1. 对TiC基纳米多层膜的微结构和超硬效应进行深入研究，能够指
导该材料在工业应用中更好的发挥优势；
2. 提供了一种全新的涂覆方式和材料，为钢铁、汽车、国防和航天
等领域的工程技术开发提供了新思路；
3.利用该研究结果，还可以帮助进一步推动纳米器件、纳米传感技术、纳米机器人等相关领域的发展。
薄层剥离黑磷纳米片改性金属钌纳米颗粒复合材料增强氢电催化性能
第53卷第4期 辽 宁 化 工 Vol.53，No. 4 2024年4月 Liaoning Chemical Industry April，2024薄层剥离黑磷纳米片改性金属钌纳米颗粒复合材料增强氢电催化性能柯小凤（温州大学 化学与材料工程学院，浙江 温州 325035）摘 要：为了实现“碳中和”，氢能作为化石燃料的可行替代品引起了人们的广泛关注，但当前氢电催化主要依赖于稀少且昂贵的贵金属基催化剂。
因此开发高性能且具有成本效益的低含量或无贵金属电催化剂具有重要意义。
采用水热法和高温热解法制备薄层剥离黑磷（EBP）纳米片为载体的钌基纳米催化剂材料（Ru@EBP）。
采用SEM、TEM、AFM和XRD测试手段对材料的形貌及结构进行表征。
通过电化学测量其氢氧化（HOR）及析氢反应（HER）性能。
结果表明：Ru@EBP电催化剂具有优异的HOR/HER性能。
当电压达到0.1 V vs. RHE时，商业化Pt/C电流密度为2.5 mA·cm-2，而Ru@EBP可达到3.2 mA·cm-2。
同时，在0.05 V vs. RHE恒电位下，计时电流测试12 h后，电流值几乎保持不变，表明Ru@EBP具有优异的稳定性。
关 键 词：黑磷纳米片；钌基催化剂；Ru@EBP；氢氧化反应；析氢反应中图分类号：O643.36 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2024）04-0525-05随着氢经济的快速发展和其在燃料电池中的应用，氢反应引起了人们的广泛关注[1]。
因此，用于氢氧化反应（HOR）和析氢反应（HER）的高活性、低成本且长寿命的氢电极电催化剂已经被深入研 究[2-3]。
由于HOR/HER存在缓慢的动力学特点，稀缺且昂贵的 Pt被认为是目前活性最高的HOR/HER 电催化剂，然而Pt的高成本和稀少在很大程度上限制了其更为广泛的应用[4]。
在碱性电解质中，HOR 和HER反应动力学要比其在酸性电解质中慢大约2~3个数量级[5]。
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金属中发现超硬超高稳定性纳米层片结构
图1.表面机械碾磨处理在金属镍中形成的超细晶结构(A)和纳米层片结构（B，C）。
（D）为镍中不同微观结构的硬度与结构粗化温度关系，纳米层片结构（NL）兼具超高硬度和超高稳定性。
对金属材料进行强塑性变形可显著细化其微观组织，使晶粒细化至亚微米（0.1~1微米）级从而大幅度提高其强度。
但进一步塑性变形时晶粒不再细化，材料微观结构趋于稳态达到极限晶粒尺寸，形成三维等轴状超细晶结构，绝大多数晶界为大角晶界。
出现这种极限晶粒尺寸的原因是位错增殖主导的晶粒细化与晶界迁移主导的晶粒粗化相平衡，其实质是超细晶结构的稳定性随晶粒尺寸减小而降低所致。
如何突破这一晶粒尺寸极限，进一步细化微观组织，在继续提高金属材料强度的同时提高其结构稳定性，是当今纳米金属材料研究面临的一个重大科学难题。
最近，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室卢柯研究组在这一科学难题研究上取得重大突破，他们利用自行研发的新型塑性变形技术（表面机械碾磨处理）在金属镍表层成功突破了这一晶粒尺寸极限，获得纳米级厚度并具有小角晶界的层片结构，同时发现这种纳米层片结构兼具超高硬度和热稳定性。
这种新型超硬超高稳定性金属纳米结构突破了传统金属材料的强度-稳定性倒置关系，为开发新一代高综合性能纳米金属材料开辟了新途径。
研究表明，塑性变形过程中提高变形速率和变形梯度可有效提高位错增殖及储存位错密度，从而促进晶粒细化进程。
为此，卢柯研究组利用表面机械碾磨处理在金属纯镍棒表层实现了高速剪切塑性变形，这种塑性变形可在材料最表层同时获得大应变量、高应变速率和高应变梯度。
随着距表面深度增加，应变量、应变速率和应变梯度呈梯度降低，形成呈梯度分布的微观结构。
在距离表面10~50微米深度形成了具有小角晶界的纳米层片结构，层片平均厚度约为20nm，比纯镍中的变形晶粒尺寸极限小一个数量级，其硬度高达6.4 GPa，远远超过其他变形方式细化的纯镍硬度。
测量表明，纳米层片结构的结构粗化温度高达506℃，比同成分材料超细晶结构晶粒粗化温度高40℃。
纳米尺度的层片厚度是超高硬度的本质原因，而高热稳定性源于其中的平直小角晶界和强变形织构。
这种新型超硬超高稳定性金属纳米结构有望在工程材料中得到应用以提高其耐磨性和疲劳性能，为开发新一代的高综合性能纳米金属材料开辟了新途径。
该研究得到科技部国家重大科学研究计划和国家自然基金资助。
该研究成果发表于2013年10月18日出版的《科学》（Science）周刊。