“北科大团队发现“超临界弹性”现象并制备无滞后巨弹性金属”

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科学技术日报记者操秀英

北京科技大学新金属材料国家要点实验室、北京材料基因工程高精尖创新中心教授王沿东团队成功在宽温度范围内制备出了具有零磁滞超高弹性应变的nicofega单晶纤维，纤维直径30-500微米，长度可达1米以上。 该合金纤维在室温下具有高达15.2%的磁滞弹性变形，最高超弹性应力达到1.5 gpa，在123-423k温度区，超弹性能几乎不会随温度变化。 除此之外，该材料还兼具高应变( 10% )下优异的循环稳定性和较大的弹性，在航空空航天和智能制造的先进工业行业具有广阔的应用前景。

王沿东团队与美国阿贡国家实验室和橡树岭国家实验室任洋博士等国外学者长时间合作，利用高能x射线衍射、中子散射和高分辨率扫描透射电镜等先进材料的表征方法，揭示了这种宽温度域零滞后超高弹性行为的物理机制， 研究表明，这种新的零滞后弹性变形的起源与一直以来传递的应力/应变诱发的马氏体相变晶格变异机制(奥氏体到马氏体)不同，宏观弹性变形来源于应力引起的晶格连续应变。 其产生的物理机制抑制了新型“原子尺度有序无序纠缠结构状态”引起的一次马氏体相变，演化为微观连续相变，因此这种新型的无滞后超高弹性为“超临界弹性”。

介绍了“超临界弹性”现象与众所周知的水蒸气超临界转变相似。 达到特定的温度和压力后，液体和气体的界面消失，此时液态水具有接近气体的扩散系数，气液两相的性质难以相互溶解，出现超临界状态。 超临界现象广泛应用于化工和制药行业。 在凝固态物理行业中，超导和超流等许多重要现象都与超临界转变密切相关。 合金中“超临界弹性”的发现，迫切需要制约金属材料获得无滞后的超高弹性的经典马氏体相变理论。

超临界弹性”现象的发现不仅拓展了弹性应变工程研究行业，而且为超高弹性功能材料开辟了新的研究和应用方向。 期望通过控制晶体材料中的原子尺度有序和无序纠缠结构状态来获得其他奇异的物理性能，并为固体物理中的超临界现象和相变行以及相关行业的未解之谜，提供了创新的研究思路和做法。

这篇论文的负责人是王沿东，第一作者是博士研究生陈海洋，任洋博士是共同的负责人。 来自北京理工大学、中国科学院物理研究所和瑞典皇家理工学院等国内外机构的研究人员参加了本研究。 这项研究工作得到了国家自然科学基金委员会的要点项目( 51831003 )和国家仪器的要点研发装置项目( 51527801 )的资助。 研究结果今天在线发表在《自然材料》上。