7月26日，國際高水平期刊《Science》刊發了北京工業大學材料科學與工程學院王金淑教授科研團隊聯合北京科技大學陳克新教授以及香港大學黃明欣教授研發的科研成果《Borrowed dislocations for ductility in ceramics》。該項研究成果為世界上首次實現陶瓷的室溫拉伸塑性，陶瓷拉伸延伸率可達39.9%，強度約為2.3 GPa。這是北京工業大學又一篇以第一作者單位在《Science》期刊上發表的論文，標志著學校在材料領域取得重要科研進展。
稀土材料由于具有特殊的磁、光、電、催化和強硬度性能及耐腐蝕優勢，所以可將其摻入金屬中，從而賦予金屬優異的力學性能和功能性。因此稀土材料廣泛應用于結構材料、復合材料、熱電子發射材料、半導體材料以及磁性等材料中，是材料中的“萬金油”。然而，稀土氧化物作為陶瓷材料，致使高稀土氧化物含量的復合材料因其脆性問題降低了使用可靠性，限制了其更廣泛的應用。因此，如何改善陶瓷材料的塑性，是結構材料和功能材料領域最核心且最具挑戰性的課題之一。
稀土與難熔金屬是北京工業大學周美玲教授和左鐵鏞院士建立的材料學科研究方向，王金淑教授從攻讀博士開始，就在兩位老師的指導下開始從事稀土-難熔金屬材料的研究，并一直持續至今。近日，王金淑教授團隊基于氧化鑭-鉬材料的研究，發現高添加量氧化鑭-鉬復合材料仍然具有好的拉伸塑性。王金淑教授聯合北京科技大學陳克新教授以及香港大學黃明欣教授，首創性地提出了一種“借位錯”策略：通過在鉬金屬與氧化鑭陶瓷相之間構建一種有序結合界面（圖1），該界面可以顯著降低金屬位錯傳遞到陶瓷內部所需越過的能量壁壘（圖2），從而使陶瓷可以源源不斷地向金屬“借”位錯（圖3），因此可以實現在室溫下陶瓷內位錯的大量增殖和滑移，在相同變形量后陶瓷內位錯密度與金屬內位錯密度值相當（圖4），從而實現了陶瓷像金屬一樣的拉伸塑性。陶瓷的拉伸形變量高達39.9%（圖5），打破了陶瓷不可能具有拉伸塑性的傳統認知。
圖1?Mo-La2O3有序結合界面結構以及第一性原理計算結果，
證明有序界面是化學鍵結合且晶面連續
圖2?位錯在界面處劃過后形成了滑移臺階，并通過第一性原理計算證明有序界面可降低位錯傳遞的能量壁壘
圖3?在原位拉伸和壓縮實驗中，可以直觀地觀察到金屬鉬位錯集群通過有序界面源源不斷地傳入氧化鑭陶瓷內部，
實現陶瓷的拉伸和彎曲
圖4?“借”位錯后的氧化鑭陶瓷內的位錯以及不同形變量變形后陶瓷內位錯密度測試結果
圖5 氧化鑭陶瓷的室溫拉伸曲線
該研究的第一作者單位為北京工業大學，寧波甬江實驗室、香港大學和北京科技大學為合作單位。北京工業大學王金淑教授、北京科技大學陳克新教授以及香港大學黃明欣教授為該論文的共同通訊作者。董麗然、張杰和李亦莊為共同第一作者，高藝璇和王銘為合作作者。上述成果獲得國家自然科學基金重點項目的支持。
論文原文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp0559
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第一作者
董麗然
北京工業大學畢業生
香港大學博士后
主要從事難熔金屬功能和結構材料研究以及塑性陶瓷研究。迄今為止曾在Science, Powder Technol, Meter Lett, J Am Ceram Soc等期刊發表論文10余篇，授權美國專利3項，授權中國專利10余項。
通訊作者
王金淑
北京工業大學
材料科學與工程學院教授
國家杰出青年基金獲得者，獲中國青年科技獎，有突出貢獻中青年專家，入選國家級百千萬人才工程計劃，獲國務院政府特殊津貼等。主要從事難熔金屬材料和能源、環境治理材料研究工作。研究成果共授權美國發明專利4項，國家發明專利50余項。在Science, Advanced Materials, Acta Materialia等刊物上發表高水平論文400余篇。獲國家技術發明二等獎1項，省部級一、二等獎8項。部分研究成果已經實現產業化。
原文始發于微信公眾號（北京工業大學）：世界首次！北工大，《Science》再+1
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