子擴散是自然界的一種常見現(xiàn)象，也是材料制備加工過程中調(diào)控材料結(jié)構(gòu)性能的基本過程。利用金屬的高原子擴散速率可以在較低溫度下大幅度調(diào)控金屬材料的結(jié)構(gòu)和性能，獲得良好的綜合特性。但是，高擴散速率會使金屬材料在高溫下結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，導(dǎo)致許多優(yōu)異性能喪失。如何有效降低金屬、合金中的原子擴散，提高在高溫下材料結(jié)構(gòu)和性能的穩(wěn)定性，是制約高性能金屬材料發(fā)展的重要瓶頸之一。

近期，科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心受托管理的國家重點研發(fā)計劃“納米科技”重點專項“新型納米金屬材料的構(gòu)筑及使役行為研究”項目取得重要研究進展。中科院金屬研究所的項目研發(fā)團隊經(jīng)過協(xié)同攻關(guān)，發(fā)現(xiàn)高溫下受限晶體結(jié)構(gòu)在具有極細晶粒的過飽和鋁鎂合金中可以有效地抑制原子擴散。通過形成受限晶體這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，隨著樣品退火溫度的增加，由原子擴散控制的納米晶粒金屬間相析出過程、晶粒的生長粗化行為均被有效地抑制到平衡熔化溫度區(qū)間。在這個溫度附近，其表觀跨界擴散率相比于無受限晶體結(jié)構(gòu)的鋁鎂合金樣品，降低了約7個數(shù)量級。受限晶體為阻止原子在金屬和替代合金中的擴散提供了強大的屏障，實現(xiàn)了在熔化溫度下比傳統(tǒng)合金高得多的穩(wěn)定性。

該研究成果有望利用受限晶體結(jié)構(gòu)開發(fā)出先進的工程合金，并為發(fā)展高性能、高熱穩(wěn)定性金屬材料開辟一條全新的路徑。相關(guān)研究成果于2021年8月發(fā)表在Science上。