撰稿| 由课题组供稿
导读
作为一类新型力学超材料（mechanical metamaterials），与传统的金属泡沫或气凝胶相比，空心的金属微点阵(metallic microlattice)超材料近年来已成为一种全新的可设计可扩展的轻质材料先进制造解决方案，可实现超轻质纯金属结构并辅以优异的机械性能。这些优异的性能显著区别于块体材料，归因于其内部孔隙的精确设计组合以及金属材料机械性能的“尺寸效应”（size effect）。
然而，尽管目前报道的金属微/纳点阵材料通常具有高强度/刚度，例如Science 334, 6058, 962-965 (2011)，但是大多数现有的中空金属微/纳点阵结构通常具有较低的韧性，并且其固有的脆性本质使其在高应力区域（节点等）容易引起局部突发性。
鉴于此，由香港城市大学机械工程学系陆洋领导的纳米制造实验室(NML)，基于其近年来发展的高中熵合金（High/Medium Entropy Alloys）微点阵复合材料（Advanced Engineering Materials 20, 1700625 (2018)；Materials Today 42, 10-16 (2021)），首次制造出中空的超韧CoCrNi中熵合金（MEA）纳米点阵材料（如图）。
图一： CoCrNi中熵合金空心微点阵超材料（包括截面图以及金属薄膜内孪晶结构）
该晶格可以在重复加载下展现出极高的能量吸收和可恢复性。这是通过结构设计以及利用该中熵合金的高塑性变形能力而有效抑制局部支杆断裂而实现的。
图二： 中熵合金空心点阵材料的压缩变形演示（GIF）
这种局部支杆断裂抑制来自于“尺寸效应”所诱导的高塑性延展性以及CoCrNi 中熵合金中高密度的纳米孪晶而协同效应，这种新的弹性-塑性混合变形模式可允许结构承载较大变形。
同时，由于多主元合金相对传统合金具有更广阔的可调控的组分和独特的微观结构，给予了新型金属微点阵超材料无限的设计空间，为下一代超轻且超韧的金属空心点阵材料在结构和功能两方面的应用创造了新的机遇。
本项目获得包括深圳市科创委学科布局项目，陕西省重点研发计划等支持。相关研究结果近期发表在国际知名材料综合期刊《NPG Asia Materials》。
共同第一作者
James Utama Surjadi
Xiaobin Feng （冯晓斌）
文章链接
https://www.nature.com/articles/s41427-021-00306-y
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