A nanodispersion-in-nanograins strategy for ultra-strong, ductile and stable metal nanocomposites

材料科学 纳米复合材料 金属 复合材料 纳米技术 冶金
作者
Zan Li,Yin Zhang,Zhibo Zhang,Yi‐Tao Cui,Qiang Guo,Pan Liu,Shenbao Jin,Gang Sha,Kunqing Ding,Zhiqiang Li,Tongxiang Fan,Herbert M. Urbassek,Qian Yu,Ting Zhu,Di Zhang,Yinmin Wang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:59
标识
DOI:10.1038/s41467-022-33261-5
摘要

Nanograined metals have the merit of high strength, but usually suffer from low work hardening capacity and poor thermal stability, causing premature failure and limiting their practical utilities. Here we report a "nanodispersion-in-nanograins" strategy to simultaneously strengthen and stabilize nanocrystalline metals such as copper and nickel. Our strategy relies on a uniform dispersion of extremely fine sized carbon nanoparticles (2.6 ± 1.2 nm) inside nanograins. The intragranular dispersion of nanoparticles not only elevates the strength of already-strong nanograins by 35%, but also activates multiple hardening mechanisms via dislocation-nanoparticle interactions, leading to improved work hardening and large tensile ductility. In addition, these finely dispersed nanoparticles result in substantially enhanced thermal stability and electrical conductivity in metal nanocomposites. Our results demonstrate the concurrent improvement of several mutually exclusive properties in metals including strength-ductility, strength-thermal stability, and strength-electrical conductivity, and thus represent a promising route to engineering high-performance nanostructured materials.
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