燕大再发《Nature》！田永君院士团队纳米孪晶金刚石系列突破！

导读：本文梳理了燕山大学田永君院士团队在纳米孪晶金刚石方面的系列重要进展。

金刚石是自然界中最硬的材料，被广泛用于科学研究和工业等许多领域。2014年6月11日，燕山大学田永君教授课题组合成了纳米孪晶金刚石，其硬度是单晶金刚石硬度的两倍，创造了材料硬度新的世界纪录。相关成果以题为“Nanotwinned diamond with unprecedented hardness and stability”发表在《Nature》期刊。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/nature13381

结构示意图

2018年9月21日，燕山大学田永君教授课题组在纳米孪晶金刚石硬度机理的研究中再次取得重要进展，研究成果以“Dislocation behaviors in nanotwinned diamond”为题在线发表在Science Advances上。该研究结果表明，纳米孪晶金刚石高的硬度主要取决于两个因素：一是金刚石高的晶格摩擦力，另外一个是由霍尔佩奇效应引起的高的非热激活应力。

论文链接：

http://advances.sciencemag.org/content/4/9/eaat8195

金刚石是最坚硬的晶体材料，具有极高的强度，然而也是最脆性材料。金刚石在室温下几乎没有可塑性，其脆性限制了在许多行业中的应用。燕山大学田永君院士团队和浙江大学杨卫院士团队通过原位TEM测试发现，金刚石在<111>和<110>方向上进行单轴压缩时，塑性主要由位错在非密排面{100}的滑移决定！改写教科书中关于面心立方（FCC）晶体沿{111}面滑移的传统认识！相关论文以题为“Direct Observation of Room-Temperature Dislocation Plasticity inDiamond”于2020年3月10日发表在Matter。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.02.011

加载过程的位错运动视频

同时提高金刚石的韧性和硬度具有挑战性。近日，燕山大学田永君院士等人表征了金刚石复合材料的结构，这种金刚石复合材料由相干的界面金刚石多型体（不同的堆积顺序），交织的纳米孪晶和互锁的纳米晶粒组成。复合材料的结构比单独使用纳米孪晶更能提高韧性，而且不会牺牲硬度。单边缘缺口梁测试的韧性是合成金刚石的五倍，甚至比镁合金还高！通过这种具有硬化和增韧协同作用的结构体系，最终克服了硬度和韧性之间矛盾。相关论文以题为“Hierarchically structured diamond composite with exceptional toughness”于2020年6月17日发表在《Nature》。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2361-2

图 原位弯曲测试过程截图及典型工程材料的力学性能

图 原位TEM表征纳米孪晶金刚石复合材料的弯曲试验

另外，今天第二篇推文也用到了原位TEM，还有视频哦！报道了浙大团队提出的，一种通过晶界调控实现金属纳米结构可控循环变形的新思路，系统阐明了界面结构设计在微纳结构材料性能调控中的重要意义。欢迎前往阅读。

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