我国科学家实现突破：首次在金属中发现负能界面现象

11月12日，记者从相关渠道获悉，辽宁材料实验室与中国科学院金属研究所联合团队近期在金属材料研发领域取得重要进展，首次在金属中发现“负能界面”，并基于该界面成功实现了亚纳米尺度的合金强化。这一发现不仅让材料强度逼近理论极限，还显著提升了弹性模量，为设计新一代高性能金属材料开辟了新方向。

这一突破意味着金属材料的结构调控正式迈入亚纳米时代。研究表明，在极限尺度下形成的稳定界面能够改变晶格中原子的键合状态，从而大幅提升材料的综合性能。

如何有效提升金属强度，一直是材料科学界长期探索的核心课题。传统方法主要通过将结构细化至纳米尺度、形成高密度界面来实现强化效果。

过去数十年来，全球科研团队持续探索稳定界面结构及相应制备技术，不断推进金属结构的微细化进程。

值得关注的是，卢柯研究员团队曾采用低能孪晶界在铜中制备纳米孪晶结构，使铜的强度提升了10倍以上，同时保持了优良的导电性。然而，当孪晶层片厚度降至约10纳米以下时，结构失稳导致材料软化，制约了性能的进一步提升。

卢柯团队长期深耕金属材料结构调控研究。2018年，他们首次发现当纳米金属晶粒尺寸小于70纳米时，晶界能量不升反降，结构稳定性显著增强，这一发现打破了传统认知。

2020年，团队进一步将纯铜晶粒细化至4-5纳米，发现其转变为具有三维周期性极小面特征的新型“受限晶体”结构。

在最新突破中，研究团队聚焦于平均厚度仅0.7纳米（约3-4个原子层）的界面结构，不仅突破了现有材料理论的认知边界，首次证实界面过剩能量可为负值，还在Ni-W等其他材料体系中观察到类似的亚纳米“负能界面”强化效应。

目前，相关合金材料已进入中试阶段，有望推动我国高精密耐磨部件实现技术升级。