6月17日，Physical Review Letters（《物理评论快报》）在线发表了土木建筑工程学院刘泽教授课题组在金属扩散蠕变变形方面的研究进展。论文题为“Diffusion-MediatedSuperelongationin Metal Nanorods”（扩散介导的金属纳米柱超长拉伸变形）。博士研究生方卉、潘洋洋为共同第一作者，刘泽教授为论文通讯作者，合作者包括博士研究生鲁才、吴伯朝博士、欧阳稳根教授。武汉大学为唯一署名与通讯单位。该研究受到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等的资助。

蠕变是指应力作用下固体材料的塑性变形随时间缓慢增加的现象，它是工程应用中最重要的问题之一。原子尺度的扩散输运是高温蠕变变形的重要机制，扩散蠕变模型自20世纪50年代被首次提出以来，在材料科学和工程领域得到了广泛的应用。然而，获得该模型的直接实验证据一直是一个挑战。尽管高分辨电镜技术为原位观察纳米尺度试样在变形过程中的物质输运提供了机会，但现有的原位纳米力学实验仅能在相对较低的温度（如室温）下进行，此时金属中的扩散蠕变、位错蠕变和晶界滑移等多种机制互相耦合。

在这项工作中，刘泽等通过巧妙的选择低熔点合金，应用其所发明的纳米模塑技术（NatureCommun. 8, 14910, 2017）制备了低熔点合金纳米柱，并在室温条件下实现了对合金纳米柱进行高同源温度（~0.87Tm）下的原位拉伸实验，发现直径小至143纳米的合金纳米柱可以发生类似橡胶一样的超长拉伸变形（可均匀拉伸至786%而不发生颈缩）。同时，还发现在如此高的同源温度下，断裂应力仍表现出“越小越强”的强尺寸效应。结合实验与分子动力学模拟，提出了“晶核-液壳”结构模型，并基于此建立了考虑原子尺度上的物质输运与表面张力效应的本构模型。

该工作揭示了原子尺度物质输运的物理机制，并量化了其与表观力学响应之间的关联，可为基于扩散蠕变的超塑性、烧结、锂枝晶化和地球科学等的研究提供理论基础。

合金纳米柱的超长拉伸变形行为

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.256201