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盘点:刘锦川院士2020年部分文章

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刘锦川,1937年10月12日出生于中国四川省,材料科学家,美国国家工程院院士 ,中国工程院外籍院士、台湾中央研究院院士,香港城市大学先进结构材料研究中心大学杰出教授 。

盘点:刘锦川院士2020年部分文章

刘锦川院士主要从事材料科学与工程和先进金属材料的研究工作,在金属间化合物、贵金属合金设计和大块金属玻璃材料等领域均做出了开创性的贡献,是国际材料界具有重要影响的杰出科学家之一。近二十余年来,刘锦川院士致力于促成中美的技术合作,尤其是推进中美在高温材料以及块状非晶领域的科学研究,为中国科学家在相关领域的研究迅速进入国际先进水平做出了突出贡献。在他的努力下,中国在金属间化合物方面的研究已获得国际上的广泛认可。

刘锦川院士在材料领域深耕多年,取得的成就数不胜数,时至今日,他仍然奋斗在科研一线。小编不才,接下来将简单地回顾一下刘锦川院士2020年以来的部分工作,以供大家学习,由于水平有限,有不周之处,希望大家给与建议和意见。

目录:

  1. 《Science》具有纳米级无序界面的超高强度韧性超晶格合金
  2. 《Advanced Materials》一种新型的多金属间化合物催化析氢
  3. 《Matter》揭示高熵合金中压力诱发相变的电子起源
  4. 《Acta Materialia》控制纳米级析出和消除多组分高熵合金的中温脆性
  5. 《Materials Research Letters》含钼纳米钢的析出动力学和力学性能

1. 《Science》具有纳米级无序界面的超高强度韧性超晶格合金

包括航空航天领域之内的众多领域,具有耐高温的高强度合金一直是必不可少的。具有有序超晶格结构的合金有望成为这些领域的候选者,但由于自身韧性差、晶粒粗化快,限制了其的应用。近日,刘锦川院士团队发现纳米级无序界面可以有效地克服以上问题。界面的无序是由多元素共分离驱动的,它在相邻的微米级超晶格颗粒之间形成了独特的纳米层。这种纳米层作为一个可持续的延展性源,通过增强位错的可动性来防止脆性晶间断裂。该超晶格材料具有1.6 GPa的超高强度,在环境温度下的拉伸延展性为25%。同时,研究者实现了可以忽略的晶粒粗化,在高温下具有特殊的耐软化性。设计类似的纳米层可能为合金性能的进一步优化开辟了一条新的途径。相关论文以题为“Ultrahigh-strength and ductile super lattice alloys with nanoscale disordered interfaces”于07月24日发表在Science上。(点击了解)

论文链接:

https://science.sciencemag.org/content/369/6502/427

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2. 《Advanced Materials》一种新型的多金属间化合物催化析氢

电解水为制氢提供了一个非常有吸引力的方法。然而,高性能、低成本的电催化剂的缺乏严重阻碍了其广泛的应用。在此,刘锦川院士团队报道了一种具有不寻常的周期性有序结构的多高熵金属间化合物(HEI),它可以作为一种高效的析氢电催化剂。该HEI在电流密度为10 mA cm-2时的过电位为88.2 mV,塔费尔斜率为40.1 mV dec-1,在碱性溶液中表现出优异的活性,可与那些贵金属的催化剂相媲美。理论计算表明,化学复杂性和惊人的原子构型提供了一个强大的协同功能,以改变电子结构。此外,独特的L12型有序结构使特定的位点隔离效果进一步稳定H2O/H*的吸附/脱附,极大地优化了析氢的能垒。这一策略为开发具有优良反应活性的新型电催化剂提供了新的范式。

论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202000385

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3.《Matter》揭示高熵合金中压力诱发相变的电子起源

理解与压力相关的结构转变,可以用来调整材料的功能和力学性能,是材料科学的重大研究方向之一。近年来,高熵合金(HEAs)的发现开启了高性能金属材料发展的新时代。然而,控制HEAs中压力相关的相变的潜在机制仍然是不清楚的。在此,刘锦川院士团队,通过结合实验和理论方法,揭示了在大气条件下的CrFeCoNi合金,本质上fcc相是稳定的。有趣的是,fcc到hcp的转变是在室温压力下确定的,这是由于压力引起的电子重新分布。更令人兴奋的是,在MoxCrFeCoNi (x= 0, 0.11和0.23)的压力下,Mo掺杂已经被证明可以促进hcp的转变。这一基本认识可以促进通过高压方法定制高性能HEAs的合金设计。

论文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645420301725?via%3Dihub

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4. 《Acta Materialia》控制纳米级析出和消除多组分高熵合金的中温脆性

由高密度相干析出相组成的热稳定高熵合金(HEAs)在高温应用中具有巨大的潜力。在此,刘锦川院士团队系统地研究了Ni-30Co-13Fe-15Cr-6Al-6Ti-0.1B(at.%)在800、900和1000 ℃等温时效条件下L12-型相干析出物的相稳定性和粗化动力学。在此温度范围内,晶粒内部时效组织基本由L12(Ni、Co、Fe、Cr)3(Ti、Al)-型多组分析出的均匀析出物所主导。用经典的Lifshitz-Slyozov-Wagner模型对晶体内L12析出物粗化动力学进行了定量测定。粗化的活化能为378 kJ/mol,相对于传统的Ni或Co基高温合金的活化能较高,表明元素在HEA基体中扩散缓慢。此外,研究者详细分析了非均质析出及其伴随的亚稳态沿晶界(GBs)相变机理。在GBs的不连续的L12相中发现了局部化学不均一性,这在热力学上破坏了L12的结构,并促进了脆性霍斯勒相的形成。最后,研究者建立了一种独特的双重时效策略,可以有效地用于GB稳定化,通过这种策略,这些有害的粒间异质结构可以被有效消除,从而具有优异的抗中温脆化性能,并增强了拉伸强度。以上发现不仅阐明了组成复杂的HEAs沉淀机制,而且还将为性能优越的高级高温应用场合的HEAs界面设计提供新的机会。

论文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645420301725?via%3Dihub

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5. 《Materials Research Letters》含钼纳米钢的析出动力学和力学性能

众所周知,纳米级析出物对结构材料的析出硬化有很大的影响。在本研究中,刘锦川院士团队报道了加入钼的纳米结构钢中富铜和铌的纳米沉淀物的析出动力学和热稳定性。原子探针层析和第一性原理计算表明,钼的加入有效地降低了Cu、Ni和Al原子的扩散系数,导致析出机理由瞬时成核的NiAl先析出转变为连续成核的Cu先析出。扩散系数的降低显著提高了纳米沉淀物的热稳定性,大大提高了纳米结构钢的强度。

论文链接:

https://doi.org/10.1080/21663831.2020.1734976

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