材料是一个既古老又充满活力的研究领 域，从石器时代开始，人类文明的进步就离 不开新材料的发明和应用。从铁器时代至今， 人们对金属材料的制备和加工技术不断创新 和提高，发现了“百炼成钢”的奥妙所在。 金属材料由于拥有良好的加工成型能力一直 被广泛的应用在生产生活中的各个领域。将 金属材料中晶粒尺寸减小至纳米尺寸制备纳 米晶晶体材料，可以显著提高材料的强度和 硬度。这是因为晶粒尺寸降低，材料中引入 了大量的晶界，与材料强度相关的位错运动 会受到这些晶界的阻碍，从而强度提高。但 与此同时 , 材料的塑性会显著降低 , 难于加 工成型，所以强度与塑性两者不可兼得。

为了解决金属材料中强度与塑性之间的 制约关系，学者们通过大量的实验探索提出 了“异构”金属的概念。材料的微观结构决 定了其宏观性能，研究表明如图中梯度结构 (晶粒尺寸呈梯度分布) 、层片结构(层状 组织结构) 、双相结构(软 - 硬相结构) 、 纳米孪晶结构(晶粒内部引入高密度孪晶界) 等异质结构材料，均可获得强度与塑性的完 美匹配。这些异质结构有一个共同点就是材 料内部含有强度不同的区域。“异构”金属 即可定义为材料内部具有强度差异较大的微 观结构， 这些微观结构可能是因为晶粒尺寸、 晶体结构、亦或成分的差异而带来的强度(软 硬) 差异。由于强度差异， 在材料变形过程中， 这些软 - 硬区之间会产生极大的应变梯度，从而在软 - 硬区内产生足够大的“背应力”。“异构”金属就得益于这种“背应力”的强 化 / 硬化效应，使得材料能够兼备高强度和 大塑性的能力。

“异构”作为一种新型的结构设计理念 被提出， 受到了学者们的广泛关注。对于“异 构”金属的制备是一个巨大的挑战，尤其是 能够实现工业规模生产的制备技术。降低材 料制备过程带来的环境污染和资源浪费，满 足可持续发展需求同样是材料领域面临的一 个巨大难题。随着计算技术和分析测试技术 的不断发展，人们对“异构”金属的认识会 更加深入，对“异构”金属的应用将会更加 广泛。

作者简介：马彦，非线性 力学国家重点实验室 2018 级博 士生，导师 : 袁福平研究员。