近期，中科院力学所魏宇杰研究员、彭神佑博士（现湖南大学助理教授）与南洋理工学院高华健院士合作在《美国科学院院刊》（Proc. Nat. Acad. Sci）上发表了题为 “Nanoscale precipitates as sustainable dislocation sources for enhanced ductility and high strength” 的研究文章，揭示了在具有高密度纳米析出相的金属材料中，纳米析出相可以作为持续的位错源，以提升高应力状态下材料的变形能力，实现这类材料的强-韧协同优化。

　　传统上认为，材料中的析出相会阻碍位错的滑移并导致材料硬化，但材料硬化导致强度提高的同时会降低其韧性。众多研究发现，纳米级析出相的设计使材料能在提高强度的同时不牺牲其韧性，从而克服材料的强度与韧性的冲突。该论文揭示高应力下的纳米析出相作为位错源这一新机制（如图 2），发现了在高应力水平下，纳米析出相附近可持续的位错生成与发射。因此，纳米析出相可以增加材料的韧性。结合析出相的传统硬化功能，纳米析出相的强化和韧化双重机制可以实现高密度析出相合金在强度和韧性上的综合优异性能。同时研究人员也给出了纳米析出形成位错源的影响因素，它依赖于析出相和基底材料的晶格失配。

　　综合考虑纳米析出相的硬化效应和它作为位错源的机制，该团队提出可通过析出相材料中的两个关键尺度：析出相大小及析出相之间的距离（或者析出相密度），来实现材料强度-韧性的最优化匹配设计。通过理论分析，研究人员给出了材料设计过程中这两个尺度的相互关系。

　　该研究将有助于形成高密度析出相合金材料的强韧化优化设计基础。该工作获得了国家自然科学基金委“非线性力学的多尺度问题研究”基础科学中心 (基金号 11988102) 和国家自然科学基金(基金号 11425211)，中国科学院先导专项以及卓越中心的支持。

　　全文链接：https://www.pnas.org/content/117/10/5204.short

图 2. 纳米析出相诱导的位错源机制。（A）加载的应力应变随时间的变化，（B）势能和动能随时间的变化，(C)析出相（蓝色）所代表的原子结构示意图,(D)-(H)原子速度场显示在定常临界应变控制下，螺位错从析出相和基底界面上不断萌生的过程。通过图(D)和(E)中下方的方框区域放大图,可以看到螺位错的基本原子结构。图中所给出的标尺为 8nm。