■呂堅（左）及孫李剛。 城大供圖香港文匯報訊（記者 高鈺）高強度和延展性的物料，是科學家一直追求的目標，一般而言，金屬的延展性會隨着強度增高而下降，反之亦然。不過科學家發現，納米孿晶（nanotwins, NTs）結構則大有潛力解決這個矛盾。城市大學領導的團隊，首次揭示不鏽鋼中納米孿晶的變形規律，對於研發更高強度和延展性的材料帶來重要啟示。
研究團隊由城大副校長（研究及科技）呂堅領導，城大、上海理工大學、浙江大學的專家組成，獲國家重點研發計劃和國家自然科學基金資助，有關成果以「不鏽鋼中納米孿晶變形轉變的尺度規律」為題，已經於科學期刊《自然通訊》上發表。
過去已有研究指出，納米孿晶級數愈高，強度也愈高，同時可保持良好延展性，城大團隊致力探索納米孿晶的變形行為，研究人員透過原位拉伸試驗，配合理論模型及分子動力學模擬，首次發現奧氏體不鏽鋼（austenitic stainless steel）的納米孿晶，其變形轉變機制的臨界尺度。研究顯示，孿晶尺度在小於5納米、6納米至129納米之間，及大於129納米時，變形機制完全不同，其中在6納米至129納米之間會形成二級納米孿晶。團隊結合實驗結果與理論研究，建立了圖譜揭示不同尺度納米孿晶的變形機制，還闡明了納米孿晶變形尺度效應的內在機理和演變過程。
選廣泛應用不鏽鋼研究
根據材料科學研究報告《材料研究前沿：十年調查（2019）》指出，傳統金屬與合金、高熵合金及納米結構合金在未來十年將有良好發展前景。呂堅介紹說，團隊選用的奧氏體不鏽鋼，是被廣泛應用的工程材料，「研究成果除了可作為其他金屬材料強化機制的研究依據，亦有助推動納米孿晶先進材料的設計和發展。」
他又表示，納米孿晶不鏽鋼既是傳統合金又是納米結構合金，是次研究的新進展能提高傳統金屬材料的性能，同時有望提升高熵合金等新材料的特性。
未來團隊將繼續研究，如何激發不鏽鋼形成更高級數納米孿晶結構，找出最佳孿晶間距，並研究其他廣泛應用的工程材料的變形機制轉變臨界尺度，從而提高材料綜合力學性能。