顶刊综述IF=71.189梯度纳米结构金属材料的力学性能和变形机理

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近日， 新加坡南洋理工大学高华建院士团队在国际材料领域著名期刊Nature Reviews Materials上发表题为“Mechanical properties and deformation mechanisms of gradient nanostructured metals and alloys”的综述， IF=71.189.该论文综述了梯度纳米结构金属和合金的力学性能和变形机理；评估了梯度纳米结构金属材料领域的最新技术，涵盖了从制造和表征到潜在的变形机制等；讨论了由结构梯度引起的各种变形行为，包括应力和应变梯度，新位错结构的累积和相互作用以及独特的界面行为，为梯度结构材料发展的未来方向提供了的重要见解。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41578-020-0212-2

受生物材料梯度结构的启发， 研究人员已经探索了约40年的成分和结构梯度，以此作为增强工程材料（包括金属和金属合金）性能的方法。各种梯度纳米结构材料的合成，例如梯度纳米晶粒、纳米叠层和纳米孪晶金属或合金，为理解梯度相关的机械行为提供了机会。 这些新兴的梯度材料通常表现出优异 的力学性能，例如强度-延展性协同作用，非凡的应变硬化，增强的抗断裂和疲劳性以及显着的耐磨性和耐腐蚀性，这在具有均质或随机微观结构的材料中是找不到的。
许多生物材料在局部化学组成或结构特征方面表现出空间梯度。这种空间梯度改善了生物材料的力学性能并赋予了其功能性。为了优化力学性能，工程材料中引入了化学和结构梯度。 引入结构梯度可以克服常规材料系统中的传统性能折衷，减轻应力集中并产生特定的功能。 化学成分的梯度会导致与化学键合相关的特性发生梯度变化，可用于增强合成材料的各种适当的连接性和功能性，包括承载和支撑，抗冲击破坏性和界面增韧。
图1.典型梯度材料中结构和化学梯度的类型。

图2.表面机械处理方法
图3.梯度纳米晶粒，梯度纳米层和梯度纳米孪晶金属的微观结构。 图4.梯度纳米结构和均质金属及合金的力学性能比较。 图5. 梯度纳米结构和均质金属及合金中疲劳和摩擦行为的比较 图6. 梯度纳米结构金属和合金的变形机理 图7. 梯度纳米结构金属和合金的未解决问题和挑战。
综上所述，作者综述了由结构梯度引起的各种变形行为，包括应力和应变梯度，新位错结构的累积和相互作用以及独特的界面行为，并提出了梯度纳米结构金属和合金的未解决问题和挑战。

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