2024年7月26日，國際頂級期刊《科學》(Science)刊發了北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室陳克新研究員團隊聯合北京工業大學王金淑教授團隊以及香港大學黃明欣教授的最新科研成果《借位錯實現陶瓷拉伸塑性變形》(Borrowed dislocations for ductility in ceramics)。該項研究成果在世界上首次實現陶瓷的室溫大變形拉伸塑性，標誌著學校在結構陶瓷領域取得重要進展，北京科技大學為該論文的第一通訊作者單位。

　　先進陶瓷材料因具有耐高溫、耐腐蝕、硬度高、密度低等優異性能已成為許多高新技術領域發展的關鍵材料。但是陶瓷材料本征脆性引發的可靠性差，嚴重製約了陶瓷材料的進一步發展。因此，陶瓷材料增韌和增塑的研究一直是該領域的核心內容和前沿技術，也是難度最大、最具挑戰性的課題之一。

　　陳克新研究團隊一直致力於塑性陶瓷方麵的研究，曾成功實現了共價鍵氮化矽陶瓷的室溫壓縮塑性，陶瓷的形變量高達20%，同時其壓縮強度提高至原來的2.3倍(~11GPa)。該成果於2022年10月28日在世界頂級期刊Science(Science, 2022, 378, 371-376)發表後，得到材料科學領域的高度評價。近日，陳克新研究團隊在實現陶瓷壓縮塑性的基礎上，聯合北京工業大學王金淑教授和香港大學黃明欣教授團隊，首創性地提出了向金屬“借位錯”的策略，進一步實現了陶瓷的大變形拉伸塑性，陶瓷的拉伸形變量可達39.9%，強度約為2.3 GPa，顛覆了人們關於“陶瓷不可能具有拉伸塑性”的一貫認知。時隔1年多，該團隊的研究成果再次發表在《科學》(Science)期刊上。

　　眾所周知，陶瓷材料很難像金屬一樣產生塑性變形，這是由陶瓷材料的化學鍵屬性決定的。由於極強的離子鍵或共價鍵特性，使得陶瓷內的位錯形核能極高。因此，通常情況是在陶瓷材料內產生位錯並發生塑性變形之前，就已經早早地發生了斷裂失效。針對這一難點，陳克新研究團隊首創性地提出了一種“借位錯”思想，即如果將金屬中的位錯“借”給陶瓷，那麼就可以有效地克服陶瓷中位錯形核難的問題。一旦陶瓷內存在大量的位錯滑動，那麼陶瓷就有可能像金屬一樣具有塑性。但是，金屬位錯在遷移到金屬-陶瓷相界麵處時通常會在界麵處釘紮聚集，因此金屬位錯很難成功地被“借”到陶瓷內部。大量的金屬位錯塞積反而會導致金屬-陶瓷界麵的開裂，加速材料的失效。為此，研究團隊在金屬和陶瓷之間設計了一種有序結合的共格界麵，該界麵通過化學鍵結合的方式，有效地提高了界麵的結合強度，從而確保界麵不開裂;與此同時，該有序界麵還保證了金屬-陶瓷晶麵的連續性，該種連續的晶麵可以有效降低位錯傳遞的勢壘，使金屬位錯可以輕鬆地“借”到陶瓷內部。正因為這種有序界麵可以實現金屬位錯源源不斷地向陶瓷內傳遞，從而使“借位錯”的陶瓷具有了像金屬一樣的拉伸塑性。

具有有序界麵結構的La2O3陶瓷可成功從金屬中“借”位錯，並成功實現陶瓷的拉伸和彎曲變形

　　相關成果同期被《科學》期刊選為“研究亮點”(Research Highlights)，編輯以“借缺陷”(Borrowing defect)為題予以重點介紹。

　　北京科技大學為該論文第一通訊作者單位，陳克新研究員為該論文的第一通訊作者，北京工業大學王金淑教授和香港大學黃明欣教授為共同通訊作者。董麗然、張傑和李亦莊為共同第一作者，作者高藝璿副研究員為該工作提供了理論計算支持。

　　北京科技大學、北京工業大學、寧波甬江實驗室和香港大學為該工作的合作完成單位。