近日，先进材料研究院薛志勇教授团队在异质界面层状材料设计和调控研究中取得重要突破，相关研究“In Situ Formation of Mechanically Interlocked Heterointerfaces with Ultrahigh Bonding Strength for Mg-Based Multilayered Sheets”于2025年6月30日在线发表在国际顶尖期刊《Advanced Science》上。18禁漫画 博士研究生于智磊为第一作者，罗文博老师为通讯作者。

航空航天、新能源汽车、人形机器人等领域，轻质的镁基金属材料具有重要的应用，然而，由于服役条件的复杂性，镁基合金的耐辐射性能、耐腐蚀性能很差。为提升其综合性能，需要为镁“穿上”一层重金属，然而，轻质的镁和重金属（比如Ta、W等）无法互容，传统方法难以实现强结合界面。研究者通过多层异质晶格调控的新方式，即在Mg/Cu/Ta层状复合材料中实现原位“自组装”的机械互锁强结合界面，界面结合强度达80.5 MPa（较传统方法提升25%以上），同时保持340-395 MPa抗拉强度和5-10.2%的延伸率，综合力学性能在镁基层状复合材料领域表现最好，同时，该材料还兼具优异的耐辐照性能（是传统镁合金的10倍以上）。该成果提供了一种新的材料设计和调控范式。

传统的金属层状复合材料是利用熔铸工艺或者高能耗的大变形工艺将两种性质相近的材料成型在一起，例如新能源汽车领域的铝钢复合材料、电力电子行业的铜铝复合板材等，这些基本都是两种性能相近的金属，很少涉及更多种类材料，然而，这也限制了多性能协同新型材料的发展。这是因为，目前层状材料的设计和制备主要以基于原子扩散的冶金结合为主，多层异质材料，由于晶体结构、相容性、强/塑匹配等难题，难以在同一条件下实现有效界面结合进而达到协同成型的目的。

基于界面工程理论，研究者提出了一种新的基于晶格匹配的异质界面结合的调控方法，首先通过第一性原理（DFT）计算，精准调控不同晶格的结合方式，通过错配度和结合功的双重优化，设计出了最佳的镁/铜/钽的晶格排列方式（图1）。随后，利用分子动力学（MD）模拟，分析优化了多个工艺参数，确定了最佳的工艺参数及其范围，然后，利用热轧变形的工艺实现了轻质镁和难熔钽的强界面结合，该界面区域由3种异质晶格点阵（hcp/fcc/bcc）构成，并形成了锯齿宽度从十数微米、具有原子互扩散的2种跨尺度机械互锁异质界面。

图1  多层异质晶格原位“自组装”的机械互锁强结合界面调控方法

研究发现，原位“自组装”机械互锁异质界面是实现上述优异性能的关键，这种机械互锁的界面主要是基于组织调控，而非特殊的大变形工艺（例如硬板轧制、锯齿轧制等）。研究发现，机械互锁界面区域的组织和板材整体力学性能存在密切的关联，并揭示了这种独特结构的形成机制，这为发展新的复合板材奠定了理论基础。

图2   Mg-Cu-Ta多层多晶体强结合界面微观特征

图3  界面结合强度（a）和综合力学性能对比（b）

研究工作得到了国家自然科学基金委项目（52401209, 52275308、“十四五”国家重点研发计划（2023YFB3812101）等项目支持。

论文链接： //doi.org/10.1002/advs.202508319

撰写：薛志勇

复审：王敏

审核：张永生