由來自美國Lawrence Berkeley 國際能源實驗室部門(Berkeley 實驗室)的科學家，帶領一隊研究人員對幾種結構機制進行了確認。這些結構機制能夠制造出新型的具有親冷性的金屬合金，并且能進入有史以來堅韌度最高的金屬合金之列。此合金由鉻、錳、鐵、鈷、鎳合成，因此科學家稱之為CrMnFeCoNi。
就在此時，這個極寒的冬季：由來自美國Lawrence?Berkeley?國際能源實驗室部門(Berkeley?實驗室)的科學家，帶領一隊研究人員對幾種結構機制進行了確認。這些結構機制能夠制造出新型的具有親冷性的金屬合金，并且能進入有史以來堅韌度最高的金屬合金之列。此合金由鉻、錳、鐵、鈷、鎳合成，因此科學家稱之為CrMnFeCoNi。在室溫下，它表現出極強的堅韌性，同時展現出良好的延展性、抗拉強度和耐折性。與其他大多數材料不同的是，此種合金越是在寒冷的條件下就會變得越堅韌及結實，由此可以欣然推斷此合金在低溫條件下的應用，如，作為儲存液化天然氣罐子的制作材料。
為了研究其中奧秘，Berkeley?實驗室團隊利用透射電子顯微鏡觀察材料受到拉拽時的狀態。科學家們觀察到了合金中納米級的結構機制，即逐個集成抗損壞傳播的現象。結構之間是通過橋進行連接，而橋是通過形成裂紋的方式來抑制破損傳播。此種裂紋橋的結構是復合材料和陶瓷材料的中常見的增韌結構機制，但并不常見于強化金屬。
此項發現將引領未來金屬材料的研發方向，即研發具有超級抗損特性的金屬。此項研究被刊登在2015年12月9日的Nature?Communications雜志中。
據Robert?Ritchie敘述，“在我們研究合金的初期就發現了其驚人的特性：高韌性和高強度，通常一種材料不會同時具備這兩種特性。”?Robert?Ritchie是Berkeley實驗室材料科技組的科學家，負責指導浙江大學錢宇及數位科學家進行此項目的研究。
Ritchie表示“因此在此次研究中，我們使用TEM方研究合金的納米級結構。”
在材料科學中，韌性指的是材料抗折損的能力，強度指的是材料抗變形的能力。因此同時具備高韌性和高強度兩種特性的材料是非常罕見的，而CrMnFeCoNi又是經過精心篩選的。?他是一顆新星，從十年前開始進行五種或更多元素合金開發里的一顆新星。相比之下，大多數傳統合金只有一種主導元素。這些新的多組分合金叫做高熵合金，因為他們是通過簡單的固溶方式結合而成的，因此屬于高熵混合體。
在材料研究領域中，這是個熱門話題并在近期成為具有研究價值的材料。2014年，Ritchie和其同事觀察到在極低的溫度下，當CrMnFeCoNi發生變形時，產生了一種叫做“孿生”的現象，即相鄰的結晶區域形成了鏡像排列。孿生現象似乎是合金具有高韌性和強度的根源所在。但是，科學家并沒有在室溫下觀察到孿生現象（除了在裂紋橋結構里），因此合金的高韌性和高強度并存的現象仍是一個謎。
Ritchie提出“如果我們在室溫下觀察不到孿生現象，那么究竟是什么結構使其具有如此驚人的特性呢？”
為了找出其中的奧秘，科學家提出在室溫下利用透射電子顯微鏡觀察對合金進行拉拽的實驗。
在延時圖像中，科學家們發現了兩種有關剪應力的現象：極好的延遲變位性使材料具有高強度，部分快速變位性增強了合金的延展性。同時他們觀察到了一種部分變位的現象，叫做“三維堆垛錯層缺陷”，即原子的三維排列成區域變化。這些缺陷是阻礙變位的原因，就好像在形成的裂隙前堆放一些石磚，因此增加了合金的強度。
同時，通過捕捉到的納米級圖像，科學家們觀察到好像咀嚼滿嘴的太妃糖時，牙齒被粘到一起一樣的現象：在某些情況下，結構鏈接橋受到孿生現象影響，產生了變形導致裂紋出現，從而阻礙裂紋擴大。
“這些結構鏈接橋在加固陶瓷和復合材料中是常見的。”?Ritchie解釋道。?“我們的研究人員發現，在所有納米結構的共同作用下，賦予了合金的韌性和強度共存的特性。”
此研究由能源部科學辦公室資助。
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