北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點實驗室、北京材料基因工程高精尖創(chuàng)新中心王沿東教授團(tuán)隊成功制備出寬溫域下具有零滯后超高彈性應(yīng)變的NiCoFeGa單晶纖維，纖維直徑為30-500微米，長度可達(dá)1米以上。該合金纖維在室溫下具有高達(dá)15.2%零滯后彈性形變，最高超彈應(yīng)力達(dá)1.5 GPa，在123-423K溫域內(nèi)其超彈性能基本不隨溫度變化。除此之外，該材料兼具高應(yīng)變（10%）下的優(yōu)良循環(huán)穩(wěn)定性和大的彈性存能，在航空航天和智能制造的先進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景。

據(jù)介紹，王沿東團(tuán)隊與美國阿貢國家實驗室和橡樹嶺國家實驗室任洋博士等海外學(xué)者長期合作，利用高能X射線衍射、中子散射和高分辨掃描透射電鏡等先進(jìn)材料表征方法，揭示了這種寬溫域零滯后超高彈性行為的物理機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，這種新奇的零滯后彈性形變的起源不同于傳統(tǒng)應(yīng)力/應(yīng)變誘發(fā)的馬氏體相變晶格突變機(jī)制（從奧氏體到馬氏體），其宏觀彈性形變來自應(yīng)力作用下的晶格連續(xù)畸變。其產(chǎn)生的物理機(jī)制源于一種新型的“原子尺度的有序無序糾纏結(jié)構(gòu)態(tài)”導(dǎo)致的一級馬氏體相變被抑制，從而演化為微觀連續(xù)相變，因此，這種新型無滯后超高彈性是“超臨界彈性”。

據(jù)介紹， “超臨界彈性”現(xiàn)象類似于人們所熟知的水汽超臨界轉(zhuǎn)變。當(dāng)達(dá)到特定溫度和壓力，液體和氣體的界面消失，此時液態(tài)的水具有近似氣體的擴(kuò)散系數(shù)，氣液兩相性質(zhì)相近交融在一起難以分辨，呈現(xiàn)超臨界狀態(tài)。超臨界現(xiàn)現(xiàn)象已廣泛應(yīng)用于化工與制藥領(lǐng)域。在凝固態(tài)物理領(lǐng)域，很多重要現(xiàn)象比如超導(dǎo)與超流，皆與超臨界轉(zhuǎn)變密切相關(guān)。合金中“超臨界彈性”的發(fā)現(xiàn)顛覆了制約金屬材料獲得無滯后超高彈性的經(jīng)典馬氏體相變理論。

“超臨界彈性”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)不僅拓寬了彈性應(yīng)變工程研究領(lǐng)域，同時為超高彈性功能材料開辟了新的研究及應(yīng)用方向。通過晶體材料中原子尺度有序與無序糾纏結(jié)構(gòu)態(tài)的控制，可望獲得其它的奇異物理性能，并為固體物理中與超臨界現(xiàn)象和相變行相關(guān)領(lǐng)域的未解之迷，提供了一種創(chuàng)新的研究思路與方法。

該論文責(zé)任作者為王沿東，第一作者為博士研究生陳海洋，任洋博士為共同責(zé)任作者。參與本研究還有北京理工大學(xué)、中科院物理研究所及瑞典皇家理工學(xué)院等國內(nèi)外單位的研究人員。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委重點項目（51831003）與國家儀器重點研發(fā)裝置項目（51527801）的資助。研究結(jié)果已在線發(fā)表于《自然·材料》。