剪切帶到底是好是壞？答案就在剛剛出版的Nature Materials

一、?【導讀】 ?

剪切帶是材料中一個狹窄的強剪切應變區，通常在延性材料嚴重變形時出現。剪切帶會比材料的其他部位先失去韌性，因此它的形成通常被認為是材料失效的前兆。

二、【成果掠影】

美國威斯康星大學麥迪遜分校和中國復旦大學的研究團隊在國際頂尖學術期刊Nature Materials上發表了一項重要的研究成果。該研究探索了剪切帶在材料中的潛力，并揭示了一種新的方法來提高材料的延展性和塑性。

該研究表明，在適當的條件下，剪切帶并不總是產生負面影響。事實上，在某些材料中，剪切帶的形成可以改善材料的可塑性，并充當潤滑劑的角色，從而防止材料斷裂。這一發現對于具有晶體結構的金屬和陶瓷等材料尤為重要，因為它們的塑性取決于晶格內的位錯。位錯可以在晶格中移動，為材料提供彎曲能力，但過多的位錯會增加材料的脆性。因此，該研究為優化材料的位錯密度提供了新的思路。

?三、【核心創新點】

在之前的研究中，該團隊選擇了一種用于制造強磁鐵的脆性金屬間材料——釤鈷（SmCo₅）作為研究對象。發現無定形或無結構的剪切帶實際上可以增加釤鈷材料的可塑性，而不是標志著失效的到來。通過原子級模擬和實驗驗證證實了這一發現，并成功制備出具有不同斷裂或塑性特性的釤鈷樣品。

基于對釤鈷的研究結果，該團隊結合實驗與理論模擬，成功提出并驗證了一套篩選和識別可能表現出類似特性的新材料的標準。這些標準將有助于研究人員在數據庫中搜索潛在的候選材料，并確定哪些材料可以通過摻雜或工程改造來促進剪切帶形成。

?四、【數據概覽】

圖1 |單軸拉伸中的剪切帶的可視化模擬。a,b, Al2Sm（a）和Al3Sm（b）中原子應變模型。c,d, 為紅色虛線圈突出的區域的放大顯示?

圖2 | 維氏硬度壓痕后剪切帶區域的透射電子顯微圖?

五、【成果啟示】

增加材料的韌性，即能夠承受更大能量或壓力而不斷裂，對于提升材料性能非常重要。該團隊的研究為實現這一目標提供了新的方向，并有助于探索如何優化材料的性能。這項研究深入了解了剪切帶的形成機制和關鍵因素，并為材料設計領域的發展提供了重要的推動力。這項研究可能為材料科學研究帶來新的啟示，并為開發具有優異性能的材料提供創新的思路。

原文詳情：https://www.nature.com/articles/s41563-023-01597-y

美國威斯康星大學麥迪遜分校的胡鉉昕同學作為本文的第一作者，麥迪遜分校的Izabela Szlufarska教授和中國復旦大學的張宏亮研究員作為本文的共同通訊作者。這項工作得到了陸軍研究辦公室資助#W911NF2110130的支持。

本文由作者團隊供稿