科技日报通讯员 张小晴 记者 金凤
如何同时提高金属材料的强度、塑性以及导电性，消减性能之间的制约，一直以来是金属材料领域的研究难点。近日，南京工业大学材料科学与工程学院的操振华教授团队研究出新方法，可同时提高纳米结构金属材料的强度、塑性，这一全新的结构设计还可有效推广到其他金属体系。该成果近日发表于国际顶级期刊《材料学报》上。
纳米层状金属复合材料的结构示意图及其微结构特征，受访者供图
在金属的应用过程中，无论是强度还是塑性，如果达不到要求，都可能造成事故，比如：建设的桥梁容易断裂，汽车减震功能大打折扣，电脑和手机等精密仪器容易出现死机、卡顿。
纳米金属薄膜是手机芯片、电脑cpu里的微电子器件与微机电系统主要组元材料之一，设计制备出高强度高塑性纳米金属，并且建立微纳米材料性能变异的新理论和新方法是信息、电子以及纳米等技术发展的基础。
“由于超深亚微米加工技术的不断突破，电子元器件不断微型化发展，逐步实现手机和电脑的微型化和智能化。而铜作为新一代微电子器件中的重要材料，其特征尺度也降低至10纳米以下，由此导致其力学特性的显著变化会影响微电子微器件使用性能与工作寿命。”操振华说。
他介绍，研究团队以纳米金属铜为研究对象，利用直流磁控溅射技术，在金属铜膜中引入超薄的金属钽层，尺寸近等于晶界的厚度，即起到类似“人工晶界”的作用。通过调节钽层的间距，从而获得具有梯度晶粒与等尺寸晶粒的两种层状结构金属复合薄膜，结果发现，金属复合薄膜的屈服强度和均匀塑性应变最高分别达到1吉帕和70%。”
最终，操振华教授团队与南京大学、美国普渡大学等机构合作，成功设计出兼具高强度与高塑性的纳米结构金属材料。这一全新的结构设计还可以有效推广到其他金属体系，也为高性能纳米金属的设计与制备开辟了新思路。
