科技日报记者 张佳欣
金属在极低温下通常会变脆，容易断裂。美国加州大学伯克利分校、英国牛津大学等机构研究人员发现，一类金属即使在-253℃的极端低温下，仍能保持出色的抗脆断能力。这些合金能在传统变形方式受阻时，通过形成新的微观结构开辟变形路径，从而避免断裂。相关成果14日发表于《自然》杂志。
此次研究的两种铌钛基合金属于体心立方金属，它们在极低温下表现出了不同寻常的抗断裂能力。当原有的变形方式受到限制时，合金内部会形成纳米尺度的孪晶，即晶体中的微小区域重新排列，形成彼此呈镜像关系的结构。当这些结构到达相邻晶粒的边界时，会促使金属形成新的位错，帮助材料继续变形，而不是直接断裂。
这一过程有点像道路网络在部分道路因结冰而无法通行时，开辟新的路线。当金属原有的变形路径越来越难以发挥作用时，孪晶的形成就为新的变形方式创造了条件。金属因此能继续吸收裂纹周围积累的作用力，而不是轻易断裂。
为观察这一过程，团队利用英国ISIS中子与缪子源设施的Engin-X仪器，将两种铌钛基合金样品冷却至约-253℃，在中子束照射下拉伸样品，测量其承受的作用力和断裂前的变形程度。随后，他们结合电子显微镜、原子探针分析和计算机模拟，进一步揭示了材料内部的微观结构变化，以及不同机制如何协同作用以防止脆断。
这项发现为设计适用于极端低温环境的金属材料提供了新思路，未来有望应用于能源、交通运输和航空航天等领域。
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