近日，五所大学（吉林大学、西安交通大学、悉尼大学、南京理工大学和香港大学）通过强强合作，在利用多尺度成分起伏调控超高强纳米材料的应变硬化行为，开发高性能纳米材料方面取得突破性进展。在顶级学术期刊Nature上在线发表“Uniting tensile ductility with ultrahigh strength via composition undulation”为题的学术论文。
该项研究中，南京理工大学材料学院沙刚教授和靳慎豹老师，与吉林大学韩双副教授团队、西安交通大学丁向东教授、孙军院士和马恩教授团队、廖小舟教授团队通力合作，在合金制备、力学性能实验，分子动力学数值模拟，精细电子显微分析基础上，开展了三维原子探针分析研究，揭示了多尺度成分起伏的存在及复杂性。
该项目设计开发的高性能NiCo单相双主元固溶体合金，实现了利用成分起伏改变超高强纳米金属材料应变硬化行为。三维原子探针与透射电镜结合，成功地揭示了该材料存在纳米晶粒（晶粒尺寸26 nm）及其内部多尺度成分起伏（1-10 nm）组成的复合纳米结构。
该成分起伏通过引起层错能和晶格应变场的明显起伏，使位错运动呈现出迟滞、间歇、缠结的特征，提高材料应变硬化能力。另一方面，位错线的粘滞滑移，强化了位错运动的应变速率敏感性，提高了应变速率硬化能力。
在应变硬化与应变速率硬化的共同作用下，该纳米NiCo合金达到了单相面心立方金属前所未有的高性能：1.6 GPa的屈服强度，近2.3 GPa的最高拉伸强度，16%的拉伸断裂应变。
为共同通讯作者的沙刚教授团队依托南京理工大学格莱特纳米科技研究院和校级分析测试中心的三维原子探针设备，通过探测材料中元素原子的三维空间分布信息，成功地揭示了纳米NiCo合金中多尺度成分起伏以及不同区域界面的成分梯度，为后续成分起伏与运动位错相互作用的分子动力学模拟和理论计算提供了关键实验支撑。
该工作再次表明，三维原子探针技术在当今材料科学前沿研究中的重要作用，是南京理工大学三维原子探针团队在原子探针技术应用研究上取得的又一重要研究成果。
该团队自2014年成立以来开展了大量高水平合作研究和独立研究，在Nature, Science, Nature Materials, Nature Communications, Advanced Material, Materials Today, Progress in Materials Science, 及Acta Materialia等重要国际期刊发表了多篇高质量学术论文。
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