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  清華大學(xué)航天航空學(xué)院李曉雁課題組、與中國科學(xué)院金屬所、美國布朗大學(xué)以及大連理工大學(xué)合作，在《納米快報(bào)》（Nano Letters）發(fā)表了題為《克服強(qiáng)度-可恢復(fù)性制約的三維高熵合金—聚合物復(fù)合納米點(diǎn)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(shè)計(jì)并制備了一種由高熵合金和聚合物組成的復(fù)合納米點(diǎn)陣超材料。該點(diǎn)陣材料兼具高強(qiáng)度和良好的可恢復(fù)性，克服了早先所有微納米點(diǎn)陣材料的強(qiáng)度與可恢復(fù)性之間相互制約的問題。

  三維微納米點(diǎn)陣材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，如低密度、高剛度等。但是，現(xiàn)有的微納米點(diǎn)陣材料的強(qiáng)度與可恢復(fù)性之間存在著相互約束，即高強(qiáng)度的點(diǎn)陣材料通常表現(xiàn)為脆性，而可恢復(fù)性能好的點(diǎn)陣材料的強(qiáng)度較低。這一強(qiáng)度與可恢復(fù)性的制約在很大程度上限制了微納米點(diǎn)陣材料在能量存儲(chǔ)和機(jī)械致動(dòng)等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

復(fù)合納米點(diǎn)陣材料克服了傳統(tǒng)微納米點(diǎn)陣材料的強(qiáng)度與可恢復(fù)性之間的相互制約

  李曉雁課題組提出了一種基于復(fù)合材料的設(shè)計(jì)方案，解決上述難題。該設(shè)計(jì)方案首先采用了先進(jìn)的納米尺度增材制造技術(shù)（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(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（最小特征尺寸約為260nm），然后通過磁控濺射手段將具有高強(qiáng)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(shí)現(xiàn)了“1+1>2”的優(yōu)異力學(xué)性能。該納米點(diǎn)陣不僅保有聚合物材料的高彈性和良好的可恢復(fù)性，而且由于高熵合金納米鍍膜的存在，使得該納米點(diǎn)陣兼具高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，從而使得該復(fù)合納米點(diǎn)陣材料克服了早先微納米點(diǎn)陣材料具有的強(qiáng)度與可恢復(fù)性之間相互制約的問題。

（a-h）復(fù)合納米點(diǎn)陣材料的原位電鏡壓縮實(shí)驗(yàn)；

（i,j）復(fù)合納米點(diǎn)陣材料的比強(qiáng)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(tuán)隊(duì)首先展示了該復(fù)合納米點(diǎn)陣材料的制備和微結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能表征。通過原位掃描電鏡壓縮實(shí)驗(yàn)證實(shí)了復(fù)合納米點(diǎn)陣材料同時(shí)具有高的強(qiáng)度和良好的可恢復(fù)性。該納米點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的比強(qiáng)度高達(dá)0.027MPa/kg·m3，最大壓縮應(yīng)變超過50%仍然可以實(shí)現(xiàn)幾乎完全恢復(fù)，且單位體積能量吸收高達(dá)4.0MJ/m3，這一數(shù)值比自然界具有相同密度的多孔材料高1-3個(gè)數(shù)量級(jí)。研究結(jié)果同時(shí)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(jī)制發(fā)生從局部屈曲到脆性斷裂的轉(zhuǎn)變。當(dāng)厚度介于14.2-50.0nm之間時(shí)，復(fù)合納米點(diǎn)陣材料的比模量和比強(qiáng)度達(dá)到極大。

  清華大學(xué)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(xué)高華健教授為本文的共同通訊作者。清華大學(xué)航院2013級(jí)博士生張璇為本文第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中組部青年千人計(jì)劃項(xiàng)目的資金支持。

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