中南大學《Nature》子刊：實現超高力學性能、優異電磁屏蔽效能的銅合金！
2024-12-05 11:02:01
作者：材料科學與工程 來源：材料科學與工程
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結構電磁屏蔽材料需要在極端環境下承受高應力和電磁干擾。中南大學材料學院銅合金團隊采用多目標驅動設計策略，在銅基體中成功獲得了具有所需結構參數的納米磁性Heusler相。所得銅合金表現出高達1.5 GPa的屈服強度，并且在10 kHz至3 GHz的頻率范圍內，電磁波的衰減度達到99.999999999% (110 dB)。研究表明，具有優化結構參數(包括高數密度:5×1023 m3，小尺寸:23 nm，大長徑比:4，低失配:2.3%，強結合:-0.316 eV/atom，磁有序:4.05 μB/f.u .)的Ni2MnSn沉淀物既通過強釘扎強化基體，又通過磁-電耦合增強電磁屏蔽性能。這種針對多重性能需求量身定制的設計方法為結構-功能一體化材料的發展提供了一種有價值的工具。
https://doi.org/10.1038/s41467-024-54904-9
圖4:銅-鎳-錳-錫合金的力學行為和微觀強化機制。
圖5:銅-鎳-錳-錫合金的電磁性能與電磁屏蔽機理。總之，該研究團隊的工作代表了一種通過設計沉淀相結構參數來實現合金多目標性能的有效方法。通過在Cu基體中引入Ni2MnSn Heusler相并設計具有優化結構參數的納米顆粒，實現了超高的力學性能(屈服強度= 0.71–1.50 GPa，極限拉伸強度= 0.78–1.58 GPa)和優異的電磁屏蔽效能(10 kHz 3 GHz時為100–110 dB)。析出物同時具備：低失配、高數密度、小尺寸、大長徑比、磁性有序以及強結合的特性是同時實現強位錯釘扎效應和高效電磁波損耗機制的有效途徑。數據驅動篩選、多尺度模擬和實際實驗相結合的方法在開發沉淀強化結構功能合金方面是高效和有效的。值得注意的是，目前的合金體系可以通過傳統的熔煉鑄造工藝制備，因此具有很大的工業應用前景。
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