近日，伟德bv1946官网鄭偉濤、張侃教授團隊與美國内華達大學拉斯維加斯分校陳長風教授⏭➰，在Nature Communications雜志上發表了題為“Bamboo-like dual-phase nanostructured copper composite strengthened by amorphous boron framework”的文章，報道了一種類竹狀的銅硼納米複合結構薄膜材料，實現了高硬度、高強度和高延展性的兼得。

兼具高硬度和高延展性的類竹狀結構銅硼薄膜

提高材料硬度和強度的同時獲得高的延展性是結構材料的重要研究方向，對多個科學領域和技術的應用産生影響。晶界工程作為一種巧妙的方法，可通過調整相鄰微晶界面的組成和鍵合結構，是提升結構材料力學性質的重要手段。特别是在納米晶材料方面，材料的極限強度不僅僅由傳統的位錯運動所決定，晶界在不同載荷下的響應行為對力學性質的影響十分關鍵。

自然界是新材料設計的靈感源泉，具有天然生物纖維的材料往往具有成分簡單、結構精細、高強高韌等特性。其中，竹子由竹纖維鞘和薄壁組成，增強相和基質相結合而形成的連續纖維增強複合材料具有優異的力學性質。研究團隊受該結構啟發對薄膜材料進行微結構設計，提出向銅基質中引入不相溶的硼元素實現晶界調控，通過磁控濺射共沉積技術自下而上生長了一種貫穿的，由非晶硼框架加固的“類竹狀”納米柱狀銅薄膜材料。非晶硼框架抑制了薄膜軟質相在壓痕形變過程中的剪切失穩，使更高的壓縮強度主導了薄膜的硬度。在微柱壓縮過程中該結構能夠很大程度避免由剪切引起的失效，增強了材料的延展性，進而獲得更優異的綜合力學性質。通過晶粒細化的銅與非晶硼框架的結合，使該薄膜材料的壓痕硬度達到了10.8 GPa，同時保持優異的強度（屈服強度~1.36 GPa，流動應力~2.58 GPa）和延展性（失效應變超過50%）。

這一工作提出通過不混溶的金屬和輕元素與自下而上的生長工藝相結合，獲得具有類竹狀的新結構，實現了結構材料硬度、強度與延展性的兼得，為強韌化結構材料的微結構設計與制備提供了新的見解和思路。

伟德bv1946官网碩士研究生呂航和博士研究生高鑫鑫為本文共同第一作者。本文通訊作者為伟德bv1946官网張侃教授和物理學院劉暢博士。該工作得到了國家自然科學基金，中國博士後科學基金，吉林省自然科學基金資助。

論文全文鍊接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40580-8