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    盤點:劉錦川院士2020年部分文章

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    劉錦川,1937年10月12日出生于中國四川省,材料科學家,美國國家工程院院士 ,中國工程院外籍院士、臺灣中央研究院院士,香港城市大學先進結構材料研究中心大學杰出教授 。

    盤點:劉錦川院士2020年部分文章

    劉錦川院士主要從事材料科學與工程和先進金屬材料的研究工作,在金屬間化合物、貴金屬合金設計和大塊金屬玻璃材料等領域均做出了開創性的貢獻,是國際材料界具有重要影響的杰出科學家之一。近二十余年來,劉錦川院士致力于促成中美的技術合作,尤其是推進中美在高溫材料以及塊狀非晶領域的科學研究,為中國科學家在相關領域的研究迅速進入國際先進水平做出了突出貢獻。在他的努力下,中國在金屬間化合物方面的研究已獲得國際上的廣泛認可。

    劉錦川院士在材料領域深耕多年,取得的成就數不勝數,時至今日,他仍然奮斗在科研一線。小編不才,接下來將簡單地回顧一下劉錦川院士2020年以來的部分工作,以供大家學習,由于水平有限,有不周之處,希望大家給與建議和意見。

    目錄:

    1. 《Science》具有納米級無序界面的超高強度韌性超晶格合金
    2. 《Advanced Materials》一種新型的多金屬間化合物催化析氫
    3. 《Matter》揭示高熵合金中壓力誘發相變的電子起源
    4. 《Acta Materialia》控制納米級析出和消除多組分高熵合金的中溫脆性
    5. 《Materials Research Letters》含鉬納米鋼的析出動力學和力學性能

    1. 《Science》具有納米級無序界面的超高強度韌性超晶格合金

    包括航空航天領域之內的眾多領域,具有耐高溫的高強度合金一直是必不可少的。具有有序超晶格結構的合金有望成為這些領域的候選者,但由于自身韌性差、晶粒粗化快,限制了其的應用。近日,劉錦川院士團隊發現納米級無序界面可以有效地克服以上問題。界面的無序是由多元素共分離驅動的,它在相鄰的微米級超晶格顆粒之間形成了獨特的納米層。這種納米層作為一個可持續的延展性源,通過增強位錯的可動性來防止脆性晶間斷裂。該超晶格材料具有1.6 GPa的超高強度,在環境溫度下的拉伸延展性為25%。同時,研究者實現了可以忽略的晶粒粗化,在高溫下具有特殊的耐軟化性。設計類似的納米層可能為合金性能的進一步優化開辟了一條新的途徑。相關論文以題為“Ultrahigh-strength and ductile super lattice alloys with nanoscale disordered interfaces”于07月24日發表在Science上。(點擊了解)

    論文鏈接:

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

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    2. 《Advanced Materials》一種新型的多金屬間化合物催化析氫

    電解水為制氫提供了一個非常有吸引力的方法。然而,高性能、低成本的電催化劑的缺乏嚴重阻礙了其廣泛的應用。在此,劉錦川院士團隊報道了一種具有不尋常的周期性有序結構的多高熵金屬間化合物(HEI),它可以作為一種高效的析氫電催化劑。該HEI在電流密度為10 mA cm-2時的過電位為88.2 mV,塔費爾斜率為40.1 mV dec-1,在堿性溶液中表現出優異的活性,可與那些貴金屬的催化劑相媲美。理論計算表明,化學復雜性和驚人的原子構型提供了一個強大的協同功能,以改變電子結構。此外,獨特的L12型有序結構使特定的位點隔離效果進一步穩定H2O/H*的吸附/脫附,極大地優化了析氫的能壘。這一策略為開發具有優良反應活性的新型電催化劑提供了新的范式。

    論文鏈接:

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

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    3.《Matter》揭示高熵合金中壓力誘發相變的電子起源

    理解與壓力相關的結構轉變,可以用來調整材料的功能和力學性能,是材料科學的重大研究方向之一。近年來,高熵合金(HEAs)的發現開啟了高性能金屬材料發展的新時代。然而,控制HEAs中壓力相關的相變的潛在機制仍然是不清楚的。在此,劉錦川院士團隊,通過結合實驗和理論方法,揭示了在大氣條件下的CrFeCoNi合金,本質上fcc相是穩定的。有趣的是,fcc到hcp的轉變是在室溫壓力下確定的,這是由于壓力引起的電子重新分布。更令人興奮的是,在MoxCrFeCoNi (x= 0, 0.11和0.23)的壓力下,Mo摻雜已經被證明可以促進hcp的轉變。這一基本認識可以促進通過高壓方法定制高性能HEAs的合金設計。

    論文鏈接:

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

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    4. 《Acta Materialia》控制納米級析出和消除多組分高熵合金的中溫脆性

    由高密度相干析出相組成的熱穩定高熵合金(HEAs)在高溫應用中具有巨大的潛力。在此,劉錦川院士團隊系統地研究了Ni-30Co-13Fe-15Cr-6Al-6Ti-0.1B(at.%)在800、900和1000 ℃等溫時效條件下L12-型相干析出物的相穩定性和粗化動力學。在此溫度范圍內,晶粒內部時效組織基本由L12(Ni、Co、Fe、Cr)3(Ti、Al)-型多組分析出的均勻析出物所主導。用經典的Lifshitz-Slyozov-Wagner模型對晶體內L12析出物粗化動力學進行了定量測定。粗化的活化能為378 kJ/mol,相對于傳統的Ni或Co基高溫合金的活化能較高,表明元素在HEA基體中擴散緩慢。此外,研究者詳細分析了非均質析出及其伴隨的亞穩態沿晶界(GBs)相變機理。在GBs的不連續的L12相中發現了局部化學不均一性,這在熱力學上破壞了L12的結構,并促進了脆性霍斯勒相的形成。最后,研究者建立了一種獨特的雙重時效策略,可以有效地用于GB穩定化,通過這種策略,這些有害的粒間異質結構可以被有效消除,從而具有優異的抗中溫脆化性能,并增強了拉伸強度。以上發現不僅闡明了組成復雜的HEAs沉淀機制,而且還將為性能優越的高級高溫應用場合的HEAs界面設計提供新的機會。

    論文鏈接:

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

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    5. 《Materials Research Letters》含鉬納米鋼的析出動力學和力學性能

    眾所周知,納米級析出物對結構材料的析出硬化有很大的影響。在本研究中,劉錦川院士團隊報道了加入鉬的納米結構鋼中富銅和鈮的納米沉淀物的析出動力學和熱穩定性。原子探針層析和第一性原理計算表明,鉬的加入有效地降低了Cu、Ni和Al原子的擴散系數,導致析出機理由瞬時成核的NiAl先析出轉變為連續成核的Cu先析出。擴散系數的降低顯著提高了納米沉淀物的熱穩定性,大大提高了納米結構鋼的強度。

    論文鏈接:

    https://doi.org/10.1080/21663831.2020.1734976

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