Nature：纳米孪晶结构开创新型抗疲劳损伤材料
对人而言，长期高强度的工作或学习会导致疲劳，效率下降，以至于失去完成原来所从事的正常活动或工作能力。对金属材料而言，在循环加载服役条件下下，也会产生疲劳。这种疲劳会在导致金属材料某点或某些点产生局部的不可逆损伤，并在一定循环次数后形成裂纹，并扩展直到完全断裂，我们称之为服役失效。
研究表明，约90%的金属材料服役失效来源于疲劳断裂，金属材料的疲劳断裂和其疲劳历史强烈相关。而在实际复杂情况下，现有的疲劳寿命预测理论很难解释循环加载服役历史对金属材料疲劳失效的影响。
因此，如何进一步理解并预测循环行为和疲劳寿命，抑制循环加载导致的不可逆损伤，是发展抗疲劳损伤材料的关键问题！
有鉴于此，中国科学院金属研究所卢磊课题组和美国布朗大学高华健课题组合作报道了一种与疲劳历史无关的、具有循环稳定响应的高度取向纳米孪晶结构铜材料。
纳米孪晶铜材料循环变形前后微观结构对比
纳米孪晶铜材料与历史无关的循环变形行为
研究人员首先利用直流电解技术制备了具有纳米孪晶结构的体相铜块材料，通过分子动力学计算模拟和可变应力振幅循环加载实验发现，这种与历史无关的稳定循环响应行为主要来源于一种相互关联的“项链状”位错结构。
这种“项链状”位错结构由许多相邻的短位错结构连接而成，而短位错结构又由高度取向排列的孪晶结构形成。在循环加载过程中，位错结构引起的往复可逆运动承担变形应力，又不会相互影响，从而保持孪晶边界的稳定性和可逆损伤。
循环变形中独特的关联“项链状”位错结构和孪晶界面模拟
循环变形中关联的“项链状”位错结构
总之，这种孪晶结构材料的循环变形机制和传统的单晶、粗晶、纳米晶金属材料截然不同，为抗疲劳损伤金属材料的发展开拓了新思路！
参考资料：
Qingsong Pan, Haofei Zhou, Qiuhong Lu, Huajian Gao and Lei Lu. History-independent cyclic response of nanotwinned metals. Nature 2017.
DOI: 10.1038/nature24266
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