关于卢柯课题组纳米材料的综述
纳米材料制备方法综述
纳米材料制备方法综述摘要：纳米材料由于其特殊性质，近年来受到人们极大的关注。
随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。
纳米材料的制备方法按物态一般可归纳为气相法、液相法、固相法。
目前，各国科学家在纳米材料的研究方面已取得了显著的成果。
纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展, 对生产力的发展产生深远的影响。
关键字：纳米材料，制备，固相法，液相法，气相法近年来，纳米材料作为一种新型的材料得到了人们的广泛关注。
纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，具有表面与界面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而纳米具有很多奇特的性能，广泛应用于各个领域。
为此，本文综述了纳米材料制备的各种方法并说明其优缺点。
目前纳米材料制备采用的方法按物态可分为：气相法、液相法和固相法。
一、气相法气相法是将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或在衬底上沉积和生长低维纳米材料的方法。
气相法主要包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），在某些情况下使用其他热源获得气源，如电阻加热法，高频感应电流加热法，混合等离子加热法，通电加热蒸发法。
1、物理气相沉积（PVD）在PVD过程中没有化学反应产生，其主要过程是固体材料的蒸发和蒸发蒸气的冷凝或沉积。
采用PVD可制备出高质量的纳米材料粉体。
PVD可分为制备出高质量的纳米粉体。
PVD可分为蒸气-冷凝法和溅射法。
1.1蒸气-冷凝法此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热物质（如金属等），使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。
通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。
此方法制备的颗粒表面清洁，颗粒度整齐，生长条件易于控制，但是粒径分布范围狭窄。
1.2溅射法用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气(40～250Pa)，两电极间施加的电压范围为0.3～1.5kv。
卢柯+中国最年轻的院士
用等通道挤压法也制备出了纳米材料，此 又先后两次赴美国维斯康星大学材料系任 结束的，科学工作则是用一次次的失败来
后，人们不断地尝试用各种手段制备致密、 客座教授。
铺路，以成功作为新的起点。当你有了一个
无孔洞、无污染的纳米材料。
２０００年，卢柯课题组在实验室里又获 灵感，钻进了实验室里，半年，十个月，一
进入１９８０年代，国际纳米界不断爆出
１９９７年，３２岁的卢柯担纲“快速凝固 这中间有一个心态调整的过程，但是必须
新闻：继德国的葛莱特用原位蒸发冷压成 非平衡合金国家重点实验室”主任。先后 调整到一个好的状态，重新开始。失败其实
型法制备出纳米材料后，俄国的瓦列夫采 三次赴德国马普金属研究所任客座教授， 是科学工作的常态。跳高比赛是以失败而
刊物《Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．Ｅｎｇ．Ｒｅｐｏｔｓ》邀请卢柯撰 “鼻祖”葛莱特教授认为，这项工作是“本 对我的学生说，对自己的思维一定要有极
写关于非晶完全晶化法的专题综述，这意 领域的一次突破，它第一次向人们展示了 强的信心，Ｎｏｔｈｉｎｇ ｉｓ ｉｍｐｏｓｓｉｂｌｅ（没有什么
味着该制备方法在国际纳米材料界得到了 无空隙纳米材料是如何变形的”。
专家们称为是“非晶态金属晶化方面近十 卢柯很少下班。女儿已经１２岁了，到现在，
那时候你怎么做？我问卢柯。
年来的好文章”。１９８９年，卢柯荣获首届 她还是不厌其烦地追问他：“爸爸，你为什
他说，勇敢地承认自己失败了。失败
“中国科学院院长奖学金特别奖”。
么总是加班？…‘你什么时候回家呀？” 了，就放弃了，再换一个思路接着干。当然，
样能找到问题？卢柯告诉他们，实际上，问 了，我们还有机会，我们要在他的基础上发 学术刊物上发表论文２４０余篇，有关论文
纳米材料
Ｉ
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并不 仅局 限于此 ， 可 以说 ， 这是 一个难得一遇 的事件 。 他表示 ， 这些机 构应当合并
成一个 生产型机构 ， 从而可 以满足订单的需求 。
输 网 中的 道 路 移动 。 由２ 个 驱 动 蛋 白 组成 的组装纳米机器 人能够在道路上 行进 组 装道路 网， 不 过运 输车 仅需要
在 三磷 酸腺苷 的作 用下将道路修 建成 辐 条 网， 并在辐 条 网 中植 入载有 绿 荧 光 货物 的运 输车 ， 让 它 们均 匀排 列 在
道 路上。 随即 ， 科学 家添加更 多的三磷
度 的二维材 料。 虽 然薄 ， 但 是这种材料 的硬度和 强度却极高 ， 大大超 过钢铁 。 根 据 专 家的计算 ， 以这种材 料做成 的塑料袋可 以装两吨重 的东 西而不致破 裂。 同时这
我 国科学家发现新型纳 米层片结构
对 金 属材 料进 行严 重塑性 形 变可 显著 细化 其微 观组 织从 而大 幅提 高其 强
度， 但进一 步塑性形变 时微观结 构趋 于稳态达 到极限 晶粒 尺寸 。 据 报道 ， 近来 ， 沈
人造 关节拥有更好 的特 性 。 报道 称 ， 与 传统 材料 不 同 ， 纳米 材料具 有 更大 的 刚性与 更好 的相 容性 。 这 种材 料是 基 于 一 些 如碳 化 物 与 氧化 物 的化 合 物
一
事实上 ， 脊 椎与盆骨 人造 关节的临床 实验 已经成功 ， 预计 ２ ０ １ ４ 年年 中将会开
个驱 动蛋 白在道 路上运行 。
始 生产采用这 种材料 的人 造关节 。 同时 ， 纳米技术 已经被 用来为 军队和警察 制造
防弹保护装置 。 （ 中国网 ）
纳米材料与力学联合实验室
纳米材料与力学联合实验室卢柯，材料科学家，中国科学院院士，第三世界科学院院士，德国科学院院士，1965年出生于甘肃省华池县，1985年毕业于南京理工大学机械系，1988及1990年分别获中国科学院金属研究所硕士、博士学位。
现任中国科学院金属研究所所长、沈阳材料科学国家（联合）实验室主任、博士生导师、九三学社中央委员、全国政协委员，全国青联副主席等职。
近年来，他在新型非平衡材料研究领域中开展研究工作，在纳米金属材料制备科学、结构与性能及热稳定性等方面取得了一系列重要成果，成为目前我国这一新兴材料研究领域的主要学术带头人之一。
近年来获国家自然科学奖三等奖一项，中科院自然科学奖一、二等奖各一项，辽宁省科技进步一等奖一项，在国内外学术刊物上发表论文300余篇，在国际学术会议上做特邀报告38次。
有关论文被SCI引用达4000余次。
国际著名材料科学评论杂志《材料科学与工程评述》特邀他撰写了关于纳米金属材料的长篇综述论文并为其发表了专刊；先后被聘为国际纳米材料委员会委员、《纳米材料》杂志副编辑、《亚稳及纳米材料》杂志、《国际非平衡过程》杂志和《德国金属学报》国际编委，同时也是国际《材料快报》(Scripta Mater.)编辑；《材料研究年度综述》杂志（Annual Review for Materials Research）编委，多次担任国际学术会议主席、分会主席或学术委员。
凭借其在纳米材料领域的杰出贡献，他于1998年被国际亚稳及纳米材料年会授予ISMANAM金质奖章和杰出青年科学家奖，1999年被授予何梁何利基金科学与技术进步奖，2000年被授予第三世界科学院TWNSO技术奖。
2006年初卢柯博士出任美国《科学》(Science)周刊评审编辑，负责审理投往《科学》周刊的材料科学领域方面的论文，他是首位出任该周刊评审编辑的中国科学家。
吕坚，讲座教授, 男, 1961年生，1978年考入北京大学，经由教育部选拔于79年初公派赴法国读大学本科。
卢柯纳米孪晶结构及梯度纳米
卢柯纳米孪晶结构及梯度纳米卢柯纳米孪晶结构和梯度纳米，一听名字就让人觉得有点高深，嗯，是不是觉得离我们普通人有点远？其实呢，说到底，这些高大上的名词背后也不过是一些看得见摸不着的“玩意儿”在细微世界里的秘密。
好像每天早上你起床，穿的衣服就已经跟这些东西有了千丝万缕的联系。
所以啊，今天我们就不把这些东西搞得复杂，咱们用最简单的方式，聊聊这些看似高深，实则和我们息息相关的纳米科技。
咱们说说“卢柯纳米孪晶结构”。
听名字你就能猜出来，它和“孪晶”有关系。
说白了，就是在纳米尺度下，物质的结构变得和我们平时见到的东西完全不同，变得特别微小、细致。
你可以想象一下，把一块普通的石头放大到比你眼睛还小，石头里会有一堆微小的“裂痕”或者“折痕”。
这些小小的“裂缝”，实际上就是晶体的排列方式不同了。
这些微小的变形和分裂，不仅让晶体拥有了不同的物理性质，还让它们变得特别耐用，强度也提高了。
不信你试试，某些材料可以在超级小的尺度下发生神奇的变化——这就是孪晶的魅力所在。
而卢柯这个名字呢，可能大家会觉得不太熟悉。
这位科学家可厉害了！他可是搞纳米材料领域的“大牛”。
他研究的这些纳米孪晶结构，和我们平时用的手机、电脑，甚至高铁的强度，都有着直接的关系。
想想看，现代生活中，手机摔地上还能用，电脑总是能运行得飞快，这背后都有纳米技术的身影。
孪晶结构的加入，使得这些材料更有弹性，能更好地承受压力，从而大大提高了它们的使用寿命。
你说这是不是就像是给你的手机加了个“防摔保护罩”呢？嘿，科技就是这么给力！再聊聊“梯度纳米”这个东西。
嗯，听起来有点复杂，但其实可以通过一个简单的比喻来理解。
大家都知道，山坡上的草从低处往高处长，是不是每个地方的草长得都一样？不，低处的草可能比较嫩，往高处长的草可能比较粗壮。
梯度纳米的原理差不多，简单来说，它就是让材料的结构或者硬度从一端到另一端逐渐变化，像草地的坡度一样，不是均匀的，而是有高低起伏的。
这样一来，材料的性能就会更加均衡，强度和韧性也能得到最大化的提升。
纳米材料的制备
纳米材料的制备摘要：纳米材料是指颗粒尺寸在1～100 nm的超细材料,由于其晶粒小,比表面积大 ,这就使其产生了块状材料所不具有的量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应等。
表现在纳米体系的光、热、电、磁等性质与常规材料不同,从而在工程材料、磁性材料、催化剂、计算机等方面有着广泛的应用。
在众多的纳米材料的研究与应用中,纳米材料的制备是基础。
本论文从物理制备方法和化学制备方法来阐述纳米材料的一些制备方法，对纳米材料的制备作一些简单的介绍。
相信随着科学研究的不断深入,会有更好更多的新制备方法出现,以满足人们的需要,纳米材料的应用会越来越广泛。
关键词: 纳米材料；球磨法；气体冷凝法；溅射法；化学沉淀法；溶胶—凝胶法纳米材料一般指尺寸从1nm到100nm之间 ,处于原子团族和宏观物体交接区域内的粒子。
纳米材料具有宏观材料所不具有的特殊性质，即所谓的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等。
纳米材料包括纳米粉体、纳米纤维、纳米块体、纳米复合材料和纳米结构材料等，它们的制备方法有的相同，有的不相同，有的原理上相同，但工艺上有显著的差异。
纳米材料的制备方法很多，目前尚无科学的分类方法。
如果按照反应类型分可分为物理方法和化学方法；如果根据反应介质可分为固相法、液相法及气相法；如果按反应物状态可分为干法和湿法等。
分类方法不同，研究问题的侧重点就不同。
为了更明了地阐述纳米材料制备过程的物理和化学机理，本论文按照物理方法和化学方法的分类来阐述纳米材料的一些制备方法。
[1]1、物理法制备纳米材料1.1 球磨法球磨法是利用介质和物料之间的相互研磨和冲击使物料粒子粉碎。
球磨法最早用于制备氧化物分散增强的超合金，目前，此技术已扩展到生产各种非平衡结构，包括纳米晶、非晶和准晶材料。
现应用于不同目的的球磨方法包括振动磨、搅拌磨、胶体磨、纳米气流粉碎气流磨等。
球磨法工艺示意图如图1所示。
在一个密封的容器内掺有直径约50μm粒子的粉体，其中有许多硬钢球或包覆碳化钨的球。
卢柯院士课题组发现梯度纳米金属的高强塑性
卢柯院士课题组发现梯度纳米金属的高强塑性
谌立新
【期刊名称】《功能材料信息》
【年(卷),期】2011(008)002
【摘要】据报道，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室卢柯研究组在提高纳米金属的塑性和韧性方面取得重要突破，研究组发现，梯度纳米（GNG）金属铜既具有极高的屈服强度又具有很高的拉伸塑性变形能力。
【总页数】1页(P43-43)
【作者】谌立新
【作者单位】不详
【正文语种】中文
【中图分类】TB383
【相关文献】
1.梯度纳米金属兼具高强度高塑性 [J],
2.纳米材料世界的领跑者——记中国科学院院士卢柯 [J], 梁辑
3.卢柯院士当选美国工程院外籍院士 [J], 科学网; 《吉林日报》; 中国工程院
4.让中国的纳米技术扬名世界——小记中国科学院院士卢柯 [J], 梁辑
5.纳米材料世界的领跑者——记中国科学院院士卢柯 [J], 梁辑
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多级纳米金属的力学性能-卢柯
GB
Twinning partials nucleation & slip
1000
Hard-I and Hard-II TB-lattice dislocation interactions
nt-Cu nc-Cu
Matrix
Matrix
Twin
Twin
Matrix
800
Matrix
y (MPa)
Nano-twinned
y (MPa)
800 600 400 200
Elongation-tofailure (%) du (%)
0 30 25 20 15 10 5
Strain hardening n Coeff.
• High strength • Brittle • Reduced work-hardening • Poor stability
Growth
Plan-view TEM images: edge-on TBs
200 nm
100 nm
2 nm
Tensile properties of PED nano-twinned Cu
Strength AND ductility increase hand-in-hand !
1200
~ 6x10-3 s-1
1000
C
True stress ( MPa )
800
Increasing twin density
B
16 mm
600
Original
A IGC-Cu CG-Cu
400
A C
200
0
2
4
6
8
10
12
我国研制出可引导神经纤维有序生长的新材料
卢柯 院 士课题 组 利 用表 面 机 械碾 磨 处理 在 纯 铜 棒 材 表 面 成 功 制 备 出梯 度 纳 米 结 构 ， 自 表 及 里 晶粒 尺 寸 由十 几 纳 米 梯 度 增 大 至 微 米 尺 度 ， 棒 材 芯 部 为 粗 晶 结 构 （ 粒 尺 寸 为 几 晶 十 微 米 ） ， 这 种 梯 度 纳 米 结 构 的 厚 度 可 达 数 百 微 米 。梯 度 纳 米 结 构 层 具 有 很 高 的 拉 伸 屈 服 强 度 ， 室 温 拉 伸 实 验 表 明 ， 具 有 梯 度 纳 米 结 构 的 表 层 在 拉 伸 真 应 变 高 达 １０ ０ ％时 仍 保 持
题。
法 的 机 理 、 孔 道 大 小 控 制 以 及 所 得 到 的 多 孔 材 料 的应 用 等方 面进 行 了重 点介 绍和 评述 。 多孔材 料 广 泛用 作 分 离介 质 、吸 附剂 、组 织 工 程 支 架 以及 隔热 隔 音 物 质 等 ，是 人 们 日 常 生 活 和 工 业 生 产 过 程 中 必 不 可 少 的 基 础 性 材料 。 用 汪 勇 教 授 课 题 组 的 新 方 法 制 备 得 到 的 孔
纳 米 铜 导 电 星 水 制备 研 夯 获 新 进 展
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配 。 理 论 计 算 研 究 表 明 ， 复 杂 阴 、 阳 离 子 基 团 都 对 晶 体 整 体 的 非 线 性 效 应 有 较 大 的 贡 献 ，而 不 像 大 多 数 传 统 非 线 性 光 学 材 料 中 阴 离 子基 团 占主要 贡献 。 无机 超 分子 化合 物是 一种 潜在 的 中远 红外 非 线 性 光 学材 料 ， 通 过 同 时 引入 极 化 率 大 的 复 杂 阴 、 阳 离 子 基 团 并 通 过 超 分 子 化 学 和 晶 体 工 程 控 制 组 装 其 极 化 方 向 在 晶 体 中 的 择 优 取 向排 列 ，将 会 得 到 新 型 的性 能优 异 的 中远 红 外 非 线 性 光 学 材 料 ， 该 研 究 结 果 为 非 线 性 光学材 料 的 结构 设计提 供 了新 思路 。
梯度纳米结构材料-卢柯
2.1 表层硬度梯度与耐磨性 根据经典 Hall-Petch 关系, 材料的强度和硬度
随晶粒尺寸 D 减小而升高, 与 D-1/2成正比(如图 1[4]所 示), 因此, 晶粒尺寸梯度变化对应着强度和硬度的 梯度变化. 如果材料表层是纳米晶粒组织而芯部是 粗晶组织, 则在化学成分保持不变的情况下, 材料 表面硬度比芯部高数倍, 自表及里形成很大的硬度 梯度. 例如表层梯度纳米晶粒纯 Cu 样品 ,[3] 其表面 层晶粒尺寸为十几纳米, 硬度高达 1.65 GPa, 而芯部 的粗晶粒结构硬度仅为 0.75 GPa. 在 500 mm 厚的表 层内硬度呈梯度变化. 研究表明, 纳米孪晶结构中 的孪晶界具有与普通晶界相似的强化效果, 在一定 范围内随着孪晶层片厚度的减小, 材料的强度和硬 度升高. 纳米尺度下小角晶界的强化效应与大角晶 界也无明显差异. 因此其他几种类型的梯度纳米结 构也会导致相似的硬度梯度. 例如, 具有梯度纳米 孪晶结构的 Fe-25Mn 钢 ,[6] 其硬度从表层纳米孪晶 结构的 5.4 GPa 梯度减小到 2.2 GPa (芯 部 粗 晶 结 构);具有梯度纳米层片结构表层的纯 Ni 样品中 ,[7] 表层纳米层片结构(平均厚度为 20 nm, 层片间为 小 角 晶 界) 的 硬 度 高 达 6.4 GPa, 是 芯 部 粗 晶 组 织 (1.5 GPa)的数倍.
当化学成分和相组成发生变化时, 形成的复合 梯度纳米结构更为复杂, 如具有化学成分梯度变化 的梯度纳米晶粒结构, 具有相组成梯度变化的梯度 纳米结构(相界面密度梯度变化)等. 在 316 不锈钢中 形成的由马氏体相和奥氏体相组成的呈梯度分布 的纳米晶粒结构便是其中的一个实例[5].
材料中梯度纳米结构有不同的存在形式. 大多 数情况下, 纳米结构部分处于材料表面, 粗晶结构
纳米材料开题参考
纳米院士卢柯是中国最年轻院士。
卢柯在纳米技术这一块为中国的发展做出了极大的努力。
这位最年轻院士使中国的纳米技术领跑于世界。
编者按：卢柯，20岁他大学毕业，25岁拿到了博士学位。
28岁他就是中科院研究院，30岁就当上了博士生导师，他是我国最年轻的院士。
卢柯，1965年5月生，甘肃华池人，20岁时毕业于南京理工大学机械系，同年到中科院金属研究所攻读硕士学位；25岁在金属研究所获得博士学位；1993年28岁时被中科院金属研究所聘为研究员；刚刚30岁就成为博士生导师；32岁担任“快速凝固非平衡合金国家重点实验室”主任。
他是九三学社中央委员、也是我国最年轻的院士。
卢柯的实力与魅力让人惊讶。
这位最年轻的中国科学院院士，不仅以他风华正茂的俊彦之才折服了千千万万的人，而且以其在纳米技术领域的独特贡献向人们昭示了一片诱人的科学天地。
科学永远是新鲜年轻的，年轻的卢柯领跑着科学上新生的宠儿，从他身上我们看到了科学与年轻的完美结合，他的实力与魅力都让人惊讶。
我们认识了卢柯，也一步步走近了“纳米”。
在飞速发展瞬息万变的纳米研究领域，跑得不快能行吗？从读研究生开始，十几年来卢柯一直专注于研究金属材料。
他说：“我非常幸运，从事了这个全世界都关注的研究领域。
”这个热门领域就是纳米材料。
自上世纪80年代初，德国科学家首先提出“纳米材料”概念，1纳米等于1米的10亿分之一。
20多年来，纳米材料科学一直是最活跃的研究领域之一，各国科学家都将其作为主攻目标进行研究，许多人相信，21世纪将是纳米科技的时代。
卢柯的历史也像纳米一样让人听着顿感刺激，有着传奇色彩，常人关于年龄与成就之间关系的联想，在他身上都失效了。
在中科院新当选院士材料上，关于卢柯成就的介绍，最重要的一条就是：“发展了一种制备无微孔隙和界面污染金属纳米材料的新方法??非晶完全晶化法”。
这个重要成就，使我国在纳米晶体研究领域一跃进入国际前列。
而这一思路是卢柯1990年读博士时提出的，那年他刚刚25岁。
关于卢柯课题组纳米材料的综述
关于卢柯课题组纳米材料的综述摘要：本文对卢柯教授所在的纳米材料研究团队的主要成员、研究方向、所获奖项及研究成果等方面进行了总结。
卢柯教授所在的纳米材料研究团队的研究方向之一为金属纳米材料的制备与加工，微观结构的表征，力学性能，物理性能，热稳定性，以及相变。
关键词：卢克课题组、微观结构表征、力学性能、物理性能、热稳定性、相变1、引言卢柯教授所在的纳米研究团队的研究方向是金属纳米材料的制备与加工，微观结构的表征，力学性能，物理性能，热稳定性，以及相变。
卢柯，生于1965年5月，九三学社社员。
原籍河南汲县，生于甘肃华池。
研究生学历，工学博士学位，著名材料科学专家，中国科学院院士，中国科学院金属研究所原所长、研究员，上海交通大学材料科学与工程学院院长。
主要从事金属纳米材料及亚稳材料等研究。
获国家专利6项，国际专利1项；多次在国际会议上作特邀报告；国际《材料科学与工程评论杂志》特邀为其撰写长篇综述论文并发表了专刊。
在国际重要学术刊物上发表论文150余篇；2010年在Nature上发表了一篇关于金属的未来的一篇文章；并且在science上也发表了多篇文章，2003年，《科学》上发表了卢柯等人的一项最新科研成果：将铁表层的晶粒细化到纳米尺度，其氮化温度显著降低，从而为氮化处理更多种材料和器件提供了可能。
这是卢柯科研小组取得的又一个突破性进展，被评为 2003 年中国十大科技进展之一。
2004年，在《科学》杂志上发表了采用纳米尺寸的生长孪晶强化金属的新途径获得了同时具有超高强度和高导电性的铜。
而按照以往的经验，对铜进行强化以后，会使其导电率有所下降。
这一成果的创新性在于，把难以统一在一起的性能统一在了一起。
2013年又在《科学》杂志上发表了在金属中发现超硬超高稳定性新型纳米层片结构。
他杰出的研究工作已经使他获得了无数的奖项。
其中包括：2013年入选“万人计划”杰出人才。
2011年荣获德国洪堡研究奖（Humboldt Research Award）；获国际亚稳及纳米材料年会金质奖章和青年科学家奖；第三世界科学院技术奖；国家自然科学奖三等奖；中国科学院自然科学奖一等奖、二等奖；中国科学院青年科技奖；全国劳动模范和先进工作者；何梁何利基金技术科学奖；香港求是基金会杰出青年学者奖等荣誉。
纳米材料表面效应
纳米材料的表面效应材料0701 李愿学号：1002070101参考文献：1、卢柯、卢磊金属纳米材料力学性能的研究进展金属学报 2000年8月第36卷第8期：785—789摘要金属纳米按体材料具有独特的力学性能如高强度、超高延展性等。
近年来得到广泛深入的研究。
在对其新进展进行简要评述的基础上，讨论了它的强度、塑性、弹性模量、应变强化、超塑性、蠕变及变形机理等相关问题。
2、吴锦雷纳米材料的电学、光学和光电性能及应用前景真空电子学术 2002年第4期：23—27摘要：简要介绍了纳米材料的电学性能以及单电子器件的基本原理和应用；纳米材料的光学性能和光电性能，高的光吸收系数和光致荧光现象可使其应用于敏感元件，由于其光电特性具有超快响应速度，可望在超快光电子器件中得到应用。
3、齐卫宏、汪明朴纳米金属微粒表征量的基本关系材料导报 2002年9月第16卷第9期：76—77摘要：在假定纳米微粒近似成球形的前提下，推导出了粒径、微粒原子数、表面原子百分数及比表面积之间的相互关系式，这些关系式对实验将会有一些指导作用。
4、梁海弋、倪向贵、王秀喜表面效应对纳米铜杆拉伸性能影响的原子模拟金属学报 2001年8月第37卷第8期 833—836摘要：采用EAM势对纳米铜杆的拉伸力学性能进行零温分子动力学模拟。
研究表面效应对原子能量、截面应力分布的影响模拟结果表明，表面原子弛豫降低了纳米杆初始阶段的拉伸弹性模量。
表面效应明显影响截面应力的发展与分布。
5、黄丹、陶伟明、郭乙木分子动力学模拟纳米镍单晶的表面效应固体力学学报 2005年6月第26卷第2期：241—244摘要：对单晶镍纳米丝、纳米薄膜零温准静态拉伸破坏过程进行了分子动力学模拟。
模拟表明表面效应对单晶纳米材料的原子运动及整体力学行为有显著影响。
自由表面增加纳米材料的塑性、降低其强度，影响纳米材料的变形机制。
受表面效应的作用，纳米镍丝强度与弹性模量均低于纳米镍薄膜。
纳米薄膜的断裂接近脆性断裂，断裂强度符合Griffith理想晶体脆断理论；纳米镍丝在断裂过程中表现出微弱塑性。
纳米复合材料简介
纳米复合材料是纳米材料的一种，指分散相尺度至少有一维 小于100nm的复合材料，从基体和分散相的粒径大小关系，可 分为微米-纳米、纳米-纳米的复合 纳米复合材料是纳米科学技术的一个重要的发展方向。纳米 材料被美国材料学会誉为“21世纪最有前途的材料”。
石块撞击引起应力发白
普通高分子材料
纳米复合材料
纳米复合材料
韩国琪
J高分子1001
3101126011
叶的实现自清洁的过程：右图为荷叶表面的电子显微镜照片，其表面由 很多密集排列的直径10～20μm左右“乳突”所组成，它们之间存在纳 米级空隙，而每一个微米级乳突上还存在很多直径200nm左右的小乳突。 形成微纳米双重结构的乳突，使空气填充其间。水在荷叶上，由于表面 张力和乳突间空气的阻力的作用，水的表面总是趋向于尽可能缩小成球 状，接触角可达170度左右，几乎完全不浸润。荷叶使水和尘埃在其表 面的接触面积比一般材料减少了90％多，水滴极易滚动，在水滴滚动 的同时，就带走了叶子上的尘埃和细菌，从而实现自清洁的功能。
纳米复合材料
4、纳米层状复合：即由不同材质交替形成的组分或结构交替变化的多层
膜，各层膜的厚度均为纳米级。 例如：Ni/Cu多层膜，Al/Al2O3纳米多层膜等。 其中第三种和第四种可统称为纳米复合薄膜材料
四、纳米复合材料的应用
纳米复合的发展已经成为纳米材料工程的重要组成部分。 世界发达国家发展新材料的战略，都把纳米复合材料的 发展摆到重要的位置． 美国在1994年11月中旬召开了国际上第一次纳米材料商 业性会议，纳米复合材料的发展和缩短其商业化进程是 这次会议讨论的重点； 德国在制定21世纪新材料发展的战略时，把发展气凝胶 和高效纳米陶瓷作为重要的发展方向； 英国和日本各自也都制定了纳米复合材料的研究计 划．纳米复合材料研究的热潮已经形成．
卢柯 电镀纳米孪晶铜
卢柯电镀纳米孪晶铜近年来，纳米材料在科学研究和工业应用中发挥着重要作用。
其中，卢柯电镀纳米孪晶铜作为一种新型纳米材料，引起了广泛关注。
本文将从材料特性、制备工艺、应用前景等方面对卢柯电镀纳米孪晶铜进行介绍。
卢柯电镀纳米孪晶铜具有独特的材料特性。
纳米孪晶铜是由纳米晶和孪晶两种微观结构组成的金属材料。
纳米晶是指晶粒尺寸在纳米级别的晶体结构，具有优异的力学性能和导电性能。
孪晶是指晶体中存在两个不同方向晶面的结构，具有较高的强度和韧性。
卢柯电镀纳米孪晶铜综合了纳米晶和孪晶的优点，具有优异的力学性能、导电性能和耐腐蚀性能。
卢柯电镀纳米孪晶铜的制备工艺十分关键。
制备卢柯电镀纳米孪晶铜的关键是选择合适的电镀条件和控制电镀过程中的温度、电流密度等参数。
传统的电镀工艺无法获得纳米孪晶结构，因此需要结合纳米晶和孪晶的形成机制，采用新的电镀工艺。
卢柯电镀纳米孪晶铜的制备工艺相对复杂，需要精确控制各个参数，以获得理想的纳米孪晶结构。
卢柯电镀纳米孪晶铜具有广泛的应用前景。
首先，在材料领域，卢柯电镀纳米孪晶铜可以应用于高强度、高导电和耐腐蚀的材料制备。
例如，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域，可以使用卢柯电镀纳米孪晶铜制备轻量化、高强度的结构材料。
其次，在电子器件领域，卢柯电镀纳米孪晶铜可以应用于高性能电子器件的制备。
例如，在集成电路、传感器、导线等领域，可以利用卢柯电镀纳米孪晶铜的优异导电性能和力学性能，提高电子器件的性能和可靠性。
此外，卢柯电镀纳米孪晶铜还可以应用于生物医疗领域，用于制备生物传感器、人工关节等医疗器械，具有广阔的市场前景。
卢柯电镀纳米孪晶铜作为一种新型纳米材料，具有独特的材料特性，制备工艺复杂，应用前景广泛。
随着科学技术的不断发展，卢柯电镀纳米孪晶铜在材料科学、电子器件和生物医疗等领域的应用将会得到进一步拓展和深入研究。
相信未来，卢柯电镀纳米孪晶铜将为人类社会的发展做出重要贡献。
关于材料表面纳米化研究的综述
关于材料表面纳米化研究的综述学院：专业：班级：指导教师：学生姓名：学号：关于材料表面纳米化研究的综述摘要：介绍了材料表面纳米化技术，综述了材料表面自纳米化的研究现状。
金属材料的表面自纳米化处理可以改善其综合性能，并能不同程度地影响其力学性能、耐蚀性、耐磨性以及抗疲劳性最后总结表面自纳米化技术的研究并作了展望。
关键词:材料表面；纳米化；机构；性能引言：材料的组织结构决定着材料的性能。
纳米材料具有特殊的组织和一系列优良的力学性能及物理化学性能，已经成为材料研究的热门[1]。
在材料使用实际环境下，金属材料的失效大多源于表面，若在金属表面制备出一定厚度的纳米结构表层，实现表面纳米化，便有可能提高金属材料的整体服役行为[1]。
1999 年，卢柯等[2]将纳米晶体的概念与表面工程成功的结合，提出了金属材料表面纳米化的概念。
纳米表面工程是以纳米材料和其它低维非平衡材料为基础，通过特定的加工技术或手段对固体表面进行强化、改性、超精细加工或赋予表面新功能的系统工程[3]。
表面纳米化是近些年来提出的较新颖的材料表面改性技术，利用各种物理化学方法将材料表面晶粒细化至纳米量级(1～100 nm)以提高材料表面性能。
表面纳米化结合了当前的科学技术水平，着眼于金属材料的实际应用，是目前提高材料表面性能的一条切实可行的途径[4]。
1.表面自纳米化的机理与组织结构表面纳米化主要利用剧烈塑性变形使得材料表层的晶粒逐步碎化[5]。
塑性变形诱发的材料表面纳米化是材料内部缺陷形成、积累和演变的过程,而实现这一过程需要表面发生强烈塑性变形 ,且在变形过程中保证表面不发生损伤(如裂纹等)。
因此表面纳米化的工艺设计应满足3个基本条件：一是外加载荷必须足够大,使材料表面产生塑性变形；二是外加载荷反复作用于材料的表面，保证表面积累足够大的塑性变形量；三是外加载荷与钢铁材料表面的接触必须光滑, 避免材料表面发生损伤[6]。
在表面自纳米化处理后，材料表面的组织结构发生了改变，高速率的应变使得表面形成了纳米晶，且具有晶粒尺寸随距表面的距离增加而增大的梯度结构。
纳米材料制备方法..
非晶晶化法制备纳米晶体
这是目前较为常用的方法（尤其是用于制
液态金属
非晶条带
备薄膜材料与磁性材料）。中科院金属所 卢柯等人于1990年首先提出利用此法制备 大块纳米晶合金，即通过热处理工艺使非 晶条带、丝或粉晶化成具有一定晶粒尺寸 的纳米晶材料。这种方法为直接生产大块 纳米晶合金提供了新途径。近年来Fe-Si-B 体系的磁性材料多由非晶晶化法制备。 掺入其它元素，对控制纳米材料的结构， 具有重要影响。研究表明，制备铁基纳米 晶合金Fe-Si-B时，加入Cu、Nb、W等元素， 可以在不同的热处理温度得到不同的纳米 结构。比如450℃时晶粒度为2nm，500～ 600℃时约为10nm，而当温度高于650℃时 晶粒度大于60nm。
纳米材料制备概述
1963年，Ryozi Uyeda等人用气体蒸发（或“冷凝”） 法获得了较干净的超微粒，并对单个金属微粒的形貌和晶 体结构进行了电镜和电子衍射研究。1984年，Gleiter等人 用同样的方法制备出了纳米相材料TiO2。值得指出的是， 俄罗斯和前苏联的科学家在纳米材料方面也有不少开创性 工作，只是由于英文翻译迟等原因而未能在国际上得到应 有的关注和肯定。比如Morokhov等人早在1977年就首次 制备成功了纳米晶材料并研究其性质。
压淬法制备纳米晶体
这一技术是中科院金属所姚斌等人于1994年初实现的，
他们用该技术制备出了块状Pd-Si-Cu和Cu-Ti等纳米晶 合金。压淬法就是利用在结晶过程中由压力控制晶体 的成核速率、抑制晶体生长过程，通过对熔融合金保 压急冷（压力下淬火，简称“压淬”）来直接制备块 状纳米晶体，并通过调整压力来控制晶粒的尺度。 目前，压淬法主要用于制备纳米晶合金。与其他纳米 晶制备方法相比，它有以下优点：直接制得纳米晶， 不需要先形成非晶或纳米晶粒；能制得大块致密的纳 米晶；界面清洁且结合好；晶粒度分布较均匀。
纳米材料研究现状及展望
纳米材料研究现状及展望摘要：在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，组件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。
新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。
本文介绍了纳米材料和纳米技术的概念及其研究进展，并且着重介绍了纳米科技在催化、精细化工、浆料等领域的应用。
关键词：纳米材料纳米技术研究进展应用发展趋势前言新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。
纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。
1、纳米材料和纳米技术什么是纳米材料？纳米[1]（nm)是长度单位，一纳米是十亿分之一米，对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000—8000nm，人体红细胞的直径一般为3000—5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。
一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1—100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
所谓的纳米技术是指：用纳米材料制造新型产品的科学技术。
它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理学、分子生物学、化学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术、合成技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学等。
在新的世纪，纳米将带给人们更多功能超常的生产生活工具，把人们带向一个从未见过的生活环境。
表面纳米化综述
部分）课题申请指南‖中还规定了纳米材料必须具有明确的纳米效应[14]。
由以上可以看出，对于纳米材料，人们最早研究和研究最多的还是纳米粉体或颗粒状材料，尤其
是在合成方法及结构表征等方面做了大量的工作。但要使纳米材料真正走上工程应用，制备出大尺寸
实际上，上述方法不仅制备工艺复杂，生产成本较高，而且所能制备的块体纳米材料在尺寸和形
状上也有一定的局限性，其实际应用必然受到限制。考虑到在大多数服役环境下，材料的失稳多始于
表面，因此只要在材料上制备出一定厚度的纳米结构表层，即实现表面纳米化 (Surface Nanocrystallization-- SNC )，就可以通过表面组织和性能的优化提高材料的整体性能和服役行为[28]。基于这一点，在1999年卢柯和吕坚提出了“表面纳米化”这一新概念[29-31]，该项技术既着眼于当前的科技水平又面向实际工程应用，为利用纳米技术提高传统工程金属材料的性能和使用寿命提供了一
的关注，正在成为纳米材料研究的新热点[9-12]。国际上，把这类材料称为纳米组装材料或者称为纳
米尺度的图案材料（Patterning material on the nanometre scale）。它的基本内涵是以纳米颗粒以及由它
们组成的纳米丝和管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系，基本包括
纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。纳米颗粒、丝、管可以是有序或无序的排列。如果说
第1阶段和第2阶段的研究在某种程度上带有一定的随机性，那么这一阶段研究的特点更强调按人们的
意愿设计、组装、创造新的体系，更有目的地使该体系具有人们所希望的特性。
纳米金属材料的多级结构制备及优异性能探索研究
项目名称：纳米金属材料的多级结构制备及优异性能探索研究首席科学家：卢柯中国科学院金属研究所起止年限：2012.1至2016.8依托部门：中国科学院一、关键科学问题及研究内容本项目拟解决的关键科学与技术问题包括：多级纳米结构在金属材料中的形成演化规律和制备技术，多级纳米结构金属材料的本征力学性能、塑性变形机制、疲劳损伤机制及结构-性能关系，多级纳米结构金属材料的理化性能特征和综合性能调控途径，多级纳米结构金属材料的结构稳定性特征及其调控途径，多级纳米金属材料的规模化制备技术及工业应用。
针对上述关键科学问题，本项目拟主要针对以下四类典型多级纳米结构金属材料展开研究：1）纳米孪晶结构：多晶体中所有晶粒或部分晶粒由纳米尺度孪晶结构组成；2）表层梯度纳米结构：指晶粒尺寸自表及里在空间上呈梯度分布（纳米-亚微米-微米），梯度纳米结构层的厚度超过百微米。
3）纳米多孔结构：由纳米尺度（最小可至3-4 nm）的金属柱和纳米尺度的孔洞交互贯通而成的网络状结构；4）复相纳米镶嵌结构：指由两种或多种纳米相复合或相互镶嵌而形成的纳米结构。
本项目拟分别选择两类材料作为研究对象，即具有典型结构特征的模型材料和具有普适性的典型工程材料。
如表1所示，模型材料主要集中在纯金属和简单合金，如纯Cu、Ni、Fe、Au和单相合金材料Cu-Al合金及Al合金等，通过研究模型材料的微观结构形成和演化机制、微观结构和力学及理化性能、结构稳定性、强韧化机制和损伤机制等，建立多级纳米结构的结构-性能关系和提高综合性能的原理。
实用材料主要包括Cu合金、Al合金、奥氏体不锈钢、奥氏体高锰钢、耐热钢、低合金钢等，利用多级纳米材料的结构-性能关系和综合性能优化原理，研究其综合力学及理化性能（如强度、塑性、韧性、导电性、导热性、耐腐性、耐磨性，低温表面合金化以及稳定性等），发展具有优异综合性能的多级纳米结构金属材料并推动其工业应用。
主要开展以下工作：表1：本项目研究材料结构体系、材料类别及主要目标汇总表1 金属材料多级纳米结构的设计、结构形成原理与演化规律(1) 针对模型材料，研究金属材料的基本结构-性能关系和宏观性能调控原理，分别设计具有不同特征尺寸、不同空间和成分分布和不同体含量的纳米孪晶结构、表层梯度纳米结构、纳米多孔结构以及复相纳米镶嵌等多级结构，并通过发展制备技术、控制制备工艺，实现多级纳米结构的可控制备。
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关于卢柯课题组纳米材料的综述摘要：本文对卢柯教授所在的纳米材料研究团队的主要成员、研究方向、所获奖项及研究成果等方面进行了总结。
卢柯教授所在的纳米材料研究团队的研究方向之一为金属纳米材料的制备与加工，微观结构的表征，力学性能，物理性能，热稳定性，以及相变。
关键词：卢克课题组、微观结构表征、力学性能、物理性能、热稳定性、相变1、引言卢柯教授所在的纳米研究团队的研究方向是金属纳米材料的制备与加工，微观结构的表征，力学性能，物理性能，热稳定性，以及相变。
卢柯，生于1965年5月，九三学社社员。
原籍河南汲县，生于甘肃华池。
研究生学历，工学博士学位，著名材料科学专家，中国科学院院士，中国科学院金属研究所原所长、研究员，上海交通大学材料科学与工程学院院长。
主要从事金属纳米材料及亚稳材料等研究。
获国家专利6项，国际专利1项；多次在国际会议上作特邀报告；国际《材料科学与工程评论杂志》特邀为其撰写长篇综述论文并发表了专刊。
在国际重要学术刊物上发表论文150余篇；2010年在Nature上发表了一篇关于金属的未来的一篇文章；并且在science上也发表了多篇文章，2003年，《科学》上发表了卢柯等人的一项最新科研成果：将铁表层的晶粒细化到纳米尺度，其氮化温度显著降低，从而为氮化处理更多种材料和器件提供了可能。
这是卢柯科研小组取得的又一个突破性进展，被评为 2003 年中国十大科技进展之一。
2004年，在《科学》杂志上发表了采用纳米尺寸的生长孪晶强化金属的新途径获得了同时具有超高强度和高导电性的铜。
而按照以往的经验，对铜进行强化以后，会使其导电率有所下降。
这一成果的创新性在于，把难以统一在一起的性能统一在了一起。
2013年又在《科学》杂志上发表了在金属中发现超硬超高稳定性新型纳米层片结构。
他杰出的研究工作已经使他获得了无数的奖项。
其中包括：2013年入选“万人计划”杰出人才。
2011年荣获德国洪堡研究奖（Humboldt Research Award）；获国际亚稳及纳米材料年会金质奖章和青年科学家奖；第三世界科学院技术奖；国家自然科学奖三等奖；中国科学院自然科学奖一等奖、二等奖；中国科学院青年科技奖；全国劳动模范和先进工作者；何梁何利基金技术科学奖；香港求是基金会杰出青年学者奖等荣誉。
身为中科院金属所所长的卢柯把他的工作描述成：我是个班长，领着团队在做事。
卢柯认为，现在是中国各个领域发展的最好时期，也给材料学的研究创造了最好的机会。
中国工业化的进程对材料学科提出了许多严峻的、亟待解决的问题。
面临资源减少、原材料价格上涨、环境污染等问题，如果不发展更先进的材料，中国工业化的成本将是惊人地巨大。
能不能拿出更新的技术，少消耗资源，少消耗能源，少污染环境？能不能做出环境友好的材料，研制出少产生或不产生二氧化碳的能源，来保护我们的环境？能不能研制出高质量、低成本的加工技术？能不能研制出更先进的材料制造我们自己的火星探测器，制造我们自己的航天飞机？卢柯和他的团队任重道远[1]。
该团队在其研究领域取得了巨大的成就，在Natures和Science上发表了多篇文章。
发展了一种制备无微孔隙和界面污染金属纳米材料的新方法—非晶完全晶化法，系统研究了金属纳米材料的结构性能关系及结构稳定性，揭示了纳米材料的本质结构特征和性能，发现了纳米金属铜在室温下具有超塑延展性。
深入研究了非晶态合金的晶化微观机制和纳米晶体的熔化行为及过热机制，建立了过热晶体熔化的动力学极限理论，并获得了金属纳米薄膜的稳定过热。
发展了利用表面机械变形处理实现金属材料表面纳米化的新技术，并大幅度降低了铁的表面氮化温度。
本文主要介绍了该团队在金属纳米材料的微观结构表征、力学性能、物理性能等的研究工作及发表的文章的部分内容。
2、金属纳米材料有关成果2.1 在金属中发现超硬超高稳定性新型纳米层片结构对金属材料进行严重塑性变形可显著细化其微观组织，使晶粒细化至亚微米（0.1~1微米）尺度从而大幅度提高其强度。
但进一步塑性变形时晶粒不再细化，材料微观结构趋于稳态达到极限晶粒尺寸，形成三维等轴状超细晶结构，绝大多数晶界为大角晶界。
出现这种极限晶粒尺寸的原因是位错增殖主导的晶粒细化与晶界迁移主导的晶粒粗化相平衡，其实质是超细晶结构的稳定性随晶粒尺寸减小而降低所致。
如何突破这一晶粒尺寸极限，进一步细化微观组织，在继续提高金属材料强度的同时提高其结构稳定性，是当今纳米金属材料研究面临的一个重大科学难题。
中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室卢柯研究组在这一科学难题研究上取得重大突破，他们利用自行研发的新型塑性变形技术（表面机械碾磨处理）在金属镍表层成功突破了这一晶粒尺寸极限，获得纳米级厚度并具有小角晶界的层片结构，同时发现这种纳米层片结构兼具超高硬度和热稳定性,如图1所示。
这种新型超硬超高稳定性金属纳米结构突破了传统金属材料的强度-稳定性倒置关系，为开发新一代高综合性能纳米金属材料开辟了新途径。
研究表明，塑性变形过程中提高变形速率和变形梯度可有效提高位错增殖及储存位错密度，从而促进晶粒细化进程。
为此，卢柯研究组利用表面机械碾磨处理在金属纯镍棒表层实现了高速剪切塑性变形，这种塑性变形可在材料最表层同时获得大应变量、高应变速率和高应变梯度。
随着距表面深度增加，应变量、应变速率和应变梯度呈梯度降低，形成呈梯度分布的微观结构。
在距离表面10~50微米深度形成了具有小角晶界的纳米层片结构，层片平均厚度约为20nm，比纯镍中的变形晶粒尺寸极限小一个数量级，其硬度高达 6.4GPa，远远超过其他变形方式细化的纯镍硬度。
测量表明，纳米层片结构的结构粗化温度高达506℃，比同成分材料超细晶结构晶粒粗化温度高40℃。
纳米尺度的层片厚度是超高硬度的本质原因，而高热稳定性源于其中的平直小角晶界和强变形织构。
这种新型超硬超高稳定性金属纳米结构有望在工程材料中得到应用以提供其耐磨性和疲劳性能。
[2]2.2 孪晶促进强度和塑性的同时提高如果两个相邻晶体(或同一晶体的两个部分)之间沿一个公共晶面形成镜面对称的位向关系,那么这两个晶体就互称为孪晶,公共晶面即为孪晶界面。
一般说来,孪晶界面可以通过阻碍位错运动使材料得到一定程度的强化。
但是,微米或亚微米尺度的孪晶,其强化效果并不显著,只有当孪晶片层细化至纳米量级时才开始表现出显著的强化效果和其他的特性。
纳米孪晶结构能够显著提高材料的强度而不损失其塑性与韧性，在脉冲电解沉积制备的纳米孪晶铜中,随孪晶片层厚度减小,材料屈服强度的增加趋势与纳米晶体铜中强度随晶粒尺寸的变化趋势一致,均遵从Hall一Petch关系，当孪晶片层厚度减至15nm时,材料强度达到极大值,随后强度逐渐下降,并出现软化现象。
然而,随孪晶厚度减小,纳米孪晶铜的拉伸塑性，断裂韧性和加工硬化能力均单调增加,且表现出超高加工硬化能力"这提供了一种使强度与塑性/韧性同步提高的新途径,而传统的强化机理通常表现为强度一塑性/韧性的倒置关系。
纳米孪晶材料的高强度、高塑性和高加工硬化能力均源于位错与高密度孪晶界面的有效交互作用，塑性变形时,随孪晶片层减小,孪晶内部可塞积位错数量减少,位错穿过孪晶界所需外力提高(强化材料)，同时,位错与孪晶界反应在孪晶界上形成大量位错(可动或不可动)并在孪晶界上滑移、塞积、增殖,从而实现加工硬化,协调塑性变形(韧化材料),有效提高其综合力学性能[3]。
纳米孪晶铜中极值强度的出现是由于随孪晶片层减小,塑性变形机制从位错/孪晶界相互作用主导转变为由孪晶界处位错的形核和运动主导所致，这种纳米孪晶结构独特变形机理导致的综合力学性能提高，在本质上有异于晶界强化。
另外,常用的强化方式往往在提高材料强度的同时会造成其导电性能明显下降。
然而,在纯铜中引人纳米尺度孪晶界后,其强度可提高一个数量级,但对导电性的影响却很小，这种高强度高导电性的结合源于孪晶界的电阻比普通晶界的电阻低近一个数量级,大量孪晶界的存在对电子的散射极小。
同时,纳米孪晶结构还能降低电致原子迁移速率,导致的原子沿晶界输运降低了一个数量级[4]。
孪晶是金属材料中的常见结构,但如何制备出高密度纳米尺度的孪晶结构却并非易事。
目前纳米尺度孪晶结构可通过电解沉积、磁控溅射沉积、塑性变形或退火再结晶等制备技术在多种纯金属和合金中获得。
如何发展纳米孪晶金属的制备方法和工艺,以及如何将纳米孪晶强化技术应用于更广泛的工程材料等方面依然面临挑战。
2.3 纳米孪晶促进强度和塑性的同时提高梯度材料是指材料的组成结构和性能在厚度或长度方向连续或准连续变化,即材料的组成和结构从材料的某一方位以1维、2维或者3维向另一方位连续地变化,使材料的性能和功能也呈现出梯度变化的一种新型材料。
结构梯度材料常常在自然界生物结构中看到,例如竹子、植物茎杆和动物骨骼,这些材料中最强的结构往往位于承受应力最大的地方。
材料科学家从自然界这些材料的结构特点获得启发,开始有目的地设计梯度结构金属材料。
与均匀结构相比,梯度结构材料能够更有效地抵御材料的失效。
利用纳米材料强度高,在金属材料表层形成纳米尺度晶粒,并随距表面距离的增加,晶粒尺寸梯度增加,形成所谓的梯度纳米结构(Gradientnano一grained,GNG)金属材料,将明显提高整体材料的摩擦磨损、疲劳和腐蚀等性能,从而延长材料的使用寿命或满足特殊环境的使用要求。
通过自主发展的表面机械碾压处理(SMGT)技术,在多种纯金属及工程材料中成功制备出梯度纳米结构,自表及里晶粒尺寸由十几纳米梯度增大至微米尺度,材料芯部的晶粒尺寸为几十微米的粗晶结构,这种梯度纳米结构的厚度可达数百微米。
SMGT技术制备的梯度材料纳米晶与粗晶基体结构梯度的过渡,有效避免了纳米材料与基体剥离的问题,从而为研究纳米材料拉伸实验本征力学性能提供了理想材料。
研究结果表明梯度纳米结构铜及不锈钢拉伸屈服强度都有大幅度提高,而拉伸延伸率并无明显下降。
纳米梯度铜室温拉伸实验显示,具有梯度纳米结构的表层在拉伸真应变高达100%时仍保持完整,未出现裂纹,表明其拉伸塑性变形能力优于粗晶铜[5-6]。
这种优异的塑性变形能力源于梯度纳米结构独特的变形机制。
微观结构研究表明,梯度纳米结构铜在拉伸过程中,其主导变形机制为机械驱动的晶界迁移,从而导致伴随的晶粒长大。
梯度纳米结构铜及不锈钢表层硬度明显增加,使材料摩擦磨损性能显著提高,并可抑制裂纹的萌生。
梯度纳米材料不但推动了纳米金属材料本征力学性能的研究和认识,也为纳米金属材料的工业应用开辟了一条新途径。
2.4 孪生界面具有优良的疲劳抗力据统计,机械设备的各种断裂事故中,大约80%是属于疲劳破坏,而这些疲劳破坏主要起源于材料在交变载荷下,内部萌生裂纹和随后的扩展过程。
大量研究表明,晶界是强化金属多晶体材料的重要界面,而它又是容易萌生疲劳裂纹的有利位置。