天目山實(shí)驗(yàn)室航空輕合金材料研究團(tuán)隊(duì)(由馬朝利教授領(lǐng)導(dǎo))在塊體單晶金屬材料的關(guān)鍵制備技術(shù)上取得了顯著進(jìn)展。近日，該團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Matter》上發(fā)表了題為“Fabrication of bulk single crystals via texture-engineered grain growth”的研究成果，展示了他們?cè)谶@一領(lǐng)域的創(chuàng)新突破。

該研究揭示了形變織構(gòu)誘導(dǎo)金屬異常晶粒長(zhǎng)大的微觀機(jī)理，提出了一種全新的大尺寸塊體單晶金屬可控制備策略。通過這種方法，研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了塊體多晶金屬銅及鎳棒材的直接單晶化，為大尺寸高性能塊體單晶金屬材料的低成本制備和規(guī)模化應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)儲(chǔ)備。

單晶材料因消除了晶界而具有優(yōu)異的物理性質(zhì)，在航空航天、能源傳輸、集成電路等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)單晶生長(zhǎng)技術(shù)受限于成本高、工藝復(fù)雜等問題，難以滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求。為了突破這一瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)以金屬銅為模型材料，開展了基于異常晶粒長(zhǎng)大的塊體單晶固態(tài)生長(zhǎng)研究。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過冷拉拔引入形變織構(gòu)，并在退火過程中利用溫度梯度驅(qū)動(dòng)籽晶(異常大晶粒)取向性生長(zhǎng)，可以有效實(shí)現(xiàn)大尺寸單晶的固態(tài)生長(zhǎng)。這種方法制備出的單晶銅組織均勻、缺陷少、無亞晶界形成，具備較高的電導(dǎo)率。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還深入探究了溫度梯度退火對(duì)晶粒生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)高溫區(qū)晶界遷移率較快，有利于異常大晶粒向低溫區(qū)拓展，從而推動(dòng)單晶沿溫度梯度方向定向生長(zhǎng)。這一發(fā)現(xiàn)為理解異常晶粒長(zhǎng)大的深層次機(jī)理提供了理論支持。

綜上所述，天目山實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)在塊體單晶金屬制備技術(shù)上取得了重要突破，為單晶金屬結(jié)構(gòu)材料的宏量制備提供了新途徑。這一研究成果不僅具有理論意義，更有望推動(dòng)單晶金屬材料在更多領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。