清華大學航天航空學院李曉雁課題組、與中國科學院金屬所、美國布朗大學以及大連理工大學合作，在《納米快報》（Nano Letters）發表了題為《克服強度-可恢復性制約的三維高熵合金—聚合物復合納米點陣超材料》（Three-Dimensional High-Entropy Alloy–Polymer Composite Nanolattices That Overcome the Strength–Recoverability Trade-off）的研究論文。該論文設計并制備了一種由高熵合金和聚合物組成的復合納米點陣超材料。該點陣材料兼具高強度和良好的可恢復性，克服了早先所有微納米點陣材料的強度與可恢復性之間相互制約的問題。

    論文鏈接：

    https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.8b01241

    三維微納米點陣材料具有優異的力學性能，如低密度、高剛度等。但是，現有的微納米點陣材料的強度與可恢復性之間存在著相互約束，即高強度的點陣材料通常表現為脆性，而可恢復性能好的點陣材料的強度較低。這一強度與可恢復性的制約在很大程度上限制了微納米點陣材料在能量存儲和機械致動等領域的應用潛力。

    李曉雁課題組提出了一種基于復合材料的設計方案，解決上述難題。該設計方案首先采用了先進的納米尺度增材制造技術（三維雙光子光刻激光直寫）直接打印高彈性聚合物材料組成的納米點陣結構（最小特征尺寸約為260nm），然后通過磁控濺射手段將具有高強度的高熵合金材料均勻鍍層在聚合物骨架的表面（厚度僅為14.2-126.1nm），從而實現了“1+1>2”的優異力學性能。

    該納米點陣不僅保有聚合物材料的高彈性和良好的可恢復性，而且由于高熵合金納米鍍膜的存在，使得該納米點陣兼具高強度的優點，從而使得該復合納米點陣材料克服了早先微納米點陣材料具有的強度與可恢復性之間相互制約的問題。

    （a-h）復合納米點陣材料的原位電鏡壓縮實驗；（i,j）復合納米點陣材料的比強度、單位體積能量吸收與其他微納米多孔材料的比較

    在論文中，研究團隊首先展示了該復合納米點陣材料的制備和微結構及其力學性能表征。通過原位掃描電鏡壓縮實驗證實了復合納米點陣材料同時具有高的強度和良好的可恢復性。該納米點陣結構的比強度高達0.027MPa/kg·m3，最大壓縮應變超過50%仍然可以實現幾乎完全恢復，且單位體積能量吸收高達4.0MJ/m3，這一數值比自然界具有相同密度的多孔材料高1-3個數量級。研究結果同時表明，隨著高熵合金鍍層厚度的增加，壓縮過程中主要變形機制發生從局部屈曲到脆性斷裂的轉變。當厚度介于14.2-50.0nm之間時，復合納米點陣材料的比模量和比強度達到極大。

    近年來，李曉雁副教授研究團隊主要從事新型微納米結構材料力學行為和力學性能的研究，在相關領域取得了多項重要的成果。相關工作發表在《自然材料》（Nature Materials）、《自然通訊》（Nature Communications）、《科學進展》（Science Advances）、《先進材料》（Advanced Materials）等期刊上。

    清華大學航院李曉雁副教授、中科院金屬所姚佳昊副研究員、李毅研究員和美國布朗大學高華健教授為本文的共同通訊作者。清華大學航院2013級博士生張璇為本文第一作者。該研究得到了國家自然科學基金項目、中組部青年千人計劃項目的資金支持。

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責任編輯：殷鵬飛

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