7月26日，国际高水平期刊《Science》刊发了北京工业大学材料科学与工程学院王金淑教授科研团队联合北京科技大学陈克新教授以及香港大学黄明欣教授研发的科研成果《Borrowed dislocations for ductility in ceramics》。该项研究成果为世界上首次实现陶瓷的室温拉伸塑性，陶瓷拉伸延伸率可达39.9%，强度约为2.3 GPa。这是北京工业大学又一篇以第一作者单位在《Science》期刊上发表的论文，标志着学校在材料领域取得重要科研进展。
稀土材料由于具有特殊的磁、光、电、催化和强硬度性能及耐腐蚀优势，所以可将其掺入金属中，从而赋予金属优异的力学性能和功能性。因此稀土材料广泛应用于结构材料、复合材料、热电子发射材料、半导体材料以及磁性等材料中，是材料中的“万金油”。然而，稀土氧化物作为陶瓷材料，致使高稀土氧化物含量的复合材料因其脆性问题降低了使用可靠性，限制了其更广泛的应用。因此，如何改善陶瓷材料的塑性，是结构材料和功能材料领域最核心且最具挑战性的课题之一。
稀土与难熔金属是北京工业大学周美玲教授和左铁镛院士建立的材料学科研究方向，王金淑教授从攻读博士开始，就在两位老师的指导下开始从事稀土-难熔金属材料的研究，并一直持续至今。近日，王金淑教授团队基于氧化镧-钼材料的研究，发现高添加量氧化镧-钼复合材料仍然具有好的拉伸塑性。王金淑教授联合北京科技大学陈克新教授以及香港大学黄明欣教授，首创性地提出了一种“借位错”策略：通过在钼金属与氧化镧陶瓷相之间构建一种有序结合界面（图1），该界面可以显著降低金属位错传递到陶瓷内部所需越过的能量壁垒（图2），从而使陶瓷可以源源不断地向金属“借”位错（图3），因此可以实现在室温下陶瓷内位错的大量增殖和滑移，在相同变形量后陶瓷内位错密度与金属内位错密度值相当（图4），从而实现了陶瓷像金属一样的拉伸塑性。陶瓷的拉伸形变量高达39.9%（图5），打破了陶瓷不可能具有拉伸塑性的传统认知。
图1 Mo-La2O3有序结合界面结构以及第一性原理计算结果，
证明有序界面是化学键结合且晶面连续
图2 位错在界面处划过后形成了滑移台阶，并通过第一性原理计算证明有序界面可降低位错传递的能量壁垒
图3 在原位拉伸和压缩实验中，可以直观地观察到金属钼位错集群通过有序界面源源不断地传入氧化镧陶瓷内部，
实现陶瓷的拉伸和弯曲
图4 “借”位错后的氧化镧陶瓷内的位错以及不同形变量变形后陶瓷内位错密度测试结果
图5 氧化镧陶瓷的室温拉伸曲线
该研究的第一作者单位为北京工业大学，宁波甬江实验室、香港大学和北京科技大学为合作单位。北京工业大学王金淑教授、北京科技大学陈克新教授以及香港大学黄明欣教授为该论文的共同通讯作者。董丽然、张杰和李亦庄为共同第一作者，高艺璇和王铭为合作作者。上述成果获得国家自然科学基金重点项目的支持。
论文原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp0559
快和工小V一起
为北工大科研工作者点赞吧！
第一作者
董丽然
北京工业大学毕业生
香港大学博士后
主要从事难熔金属功能和结构材料研究以及塑性陶瓷研究。迄今为止曾在Science, Powder Technol, Meter Lett, J Am Ceram Soc等期刊发表论文10余篇，授权美国专利3项，授权中国专利10余项。
通讯作者
王金淑
北京工业大学
材料科学与工程学院教授
国家杰出青年基金获得者，获中国青年科技奖，有突出贡献中青年专家，入选国家级百千万人才工程计划，获国务院政府特殊津贴等。主要从事难熔金属材料和能源、环境治理材料研究工作。研究成果共授权美国发明专利4项，国家发明专利50余项。在Science, Advanced Materials, Acta Materialia等刊物上发表高水平论文400余篇。获国家技术发明二等奖1项，省部级一、二等奖8项。部分研究成果已经实现产业化。
原文始发于微信公众号（北京工业大学）：世界首次！北工大，《Science》再+1
长按识别二维码关注公众号，点击下方菜单栏左侧“微信群”，申请加入交流群。
