是什么让一块金属的强度飙升到理论极限？— 神秘的“负能界面”

财联社11月8日电，辽宁材料实验室与中国科学院金属研究所联合研究团队，发现了一种存在于金属中的全新界面——“负能界面”。这项发表于顶刊《Science》的研究，从根本上动摇了“孪晶界是金属中最稳定界面”的传统认知，为人类设计下一代超级材料打开了一扇全新的大门。

在材料科学界，提高金属强度是个老难题。传统思路是把金属晶粒做得越来越小，用高密度界面来阻挡变形。但这有个极限——当结构细化到10纳米以下，材料反而会变软。

而中国科学家这次发现的“负能界面”，彻底打破了这一瓶颈。

什么是“负能界面”？让我们打个比方：

传统金属就像一堵用普通水泥砌的砖墙，砖块本身结实，但水泥缝总是薄弱环节；而“负能界面”就如同发明了“超级水泥”，其强度甚至超过了砖块本身。

在含有钼的镍合金中，面心立方与密排六方晶格之间的共格界面具有负过剩能。简单说，就是这种界面的能量比晶格内部还要低，原子结合得更紧密，这与我们过去对界面的所有认知都相反。

02 性能突破：接近理论极限的超级金属

实验数据令人震惊：

• 最高屈服强度达5.08 GPa，远高于目前最好的纳米晶镍基合金

• 弹性模量高达254.5 GPa，甚至超过部分陶瓷材料

• 界面厚度仅0.7纳米，相当于3-4个原子层

这是什么概念？传统的金属强化方法，通常是“牺牲弹性保强度”，而“负能界面”材料却能做到既坚又刚，强度/杨氏模量比达到1/40~1/50，接近材料的理论强度极限。

微柱压缩实验中，材料表现出完全可逆的弹性变形，塑性变形被有效抑制——这意味着它几乎不会被永久变形。

大家不妨想象一下，如果用这种材料制造汽车的防撞梁，安全性会提升多少？欢迎在评论区留下你的看法。

03 科研历程：从跟随到引领的中国突破

回顾金属强化研究的时间线，能看到这一突破的来之不易：

• 2004年：中国科学家卢柯团队在金属铜中获得纳米孪晶结构，使铜强度提升10倍以上

• 此后多年：纳米孪晶研究在全球展开，但各国学者始终无法突破10纳米尺度极限

• 2025年：中国团队发现“负能界面”，成功将结构调控推进到亚纳米尺度

这一突破标志着我国在金属材料领域的基础研究实现了从跟跑到领跑的转变。卢柯院士团队长期深耕于此，此前已发表多篇《Science》和《Nature》论文。

04 应用前景：这些领域将迎来革命

负能界面材料将为多个高端领域带来变革：

航空航天：发动机关键部件需要的就是这种高强度、高模量、轻质材料，可显著提升推重比和使用寿命。

微机电系统：手机陀螺仪、微传感器等小尺度器件，迫切需要在这种尺度下仍保持良好机械性能的材料。

生物医疗：人造骨骼、牙科植入物等，将从这种高强度、高生物相容性的新材料中获益。

更重要的是，研究团队表明这种强化机制适用于多种合金体系，不限于镍钼合金，这意味着应用前景极为广阔。

展望未来，负能界面材料有望在10-20年内逐步实现产业化。随着工艺成熟和成本降低，这种“超级金属”将从高端装备逐步走向更广泛的工业领域。

纵观全球材料科学发展，从纳米孪晶到负能界面，中国科学家完成了从跟随到引领的转身。这项发现不仅是一个材料的突破，更展现了中国基础科研的创新活力。

您认为这项“负能界面”技术，最先会在哪个领域改变我们的生活？是航空航天、医疗植入，还是我们日常的电子产品？来评论区聊聊吧！