近日，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心研究員金海軍團隊在上述問題的研究中取得進展。該團隊在電化學環(huán)境下進行原位壓縮實驗，比較納米晶和粗晶納米多孔金屬的力學行為，分離出納米金屬強度的STJ效應，并確定其開始發(fā)揮作用的臨界尺寸。相關(guān)研究成果以Surface triple junction governs the strength of a nanoscale solid為題，發(fā)表在《物理評論快報》上。

　　該研究采用兩種特征樣品：一種是含有大量表面、晶界和STJ的納米晶納米多孔金樣品；另一種是含有大量表面，但晶界與STJ極少的粗晶納米多孔金樣品。由于晶界對電化學修飾不敏感，通過電化學控制表面狀態(tài)并觀察其對強度的影響，即可在納米晶納米多孔金中測得“STJ效應+表面效應”，即STJ與表面對強度的共同作用；作為參照實驗，在粗晶納米多孔金中則可測得“表面效應”。比較“STJ效應+表面效應”與“表面效應”，發(fā)現(xiàn)兩者在百納米以上基本重合，而在百納米以下顯著分離（圖2）。這說明在約100納米以下，STJ開始對材料強度發(fā)揮作用。透射電鏡等實驗表明，STJ有可能作為位錯的優(yōu)先形核位置影響納米材料變形行為與力學性能。研究表明，STJ及更廣義上的三叉晶界線并非簡單的面缺陷間幾何交線，而是影響材料性能的重要結(jié)構(gòu)參量。該研究為理解納米金屬力學行為，實現(xiàn)力學性能的控制與優(yōu)化提供重要信息。

　　該研究由金屬所博士研究生張燁元（論文第一作者）、特別研究助理解輝、副研究員劉凌志和研究員金海軍（論文通訊作者）共同完成。研究工作得到國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃的資助。

圖1.納米晶納米多孔金的（a）TEM圖像和選區(qū)電子衍射（SAED）圖案，（b）PED取向圖及（c）結(jié)構(gòu)示意圖。粗晶納米多孔金（d）TEM圖像和SAED圖案，（e）EBSD取向圖及（f）結(jié)構(gòu)示意圖。Surf：固體表面、GB：晶界、STJ：表面-晶界截交線

圖2.a、電化學控制原位壓縮實驗裝置示意圖，b、典型的納米晶納米多孔金隨表面狀態(tài)改變的原位壓縮曲線，c、納米晶和粗晶納米多孔金氧吸附產(chǎn)生的流變應力變化幅度隨孔棱尺寸的變化規(guī)律