中南大学《Nature》子刊：实现超高力学性能、优异电磁屏蔽效能的铜合金！

2024-12-05 11:02:01 作者：材料科学与工程来源：材料科学与工程分享至：

结构电磁屏蔽材料需要在极端环境下承受高应力和电磁干扰。中南大学材料学院铜合金团队采用多目标驱动设计策略，在铜基体中成功获得了具有所需结构参数的纳米磁性Heusler相。所得铜合金表现出高达1.5 GPa的屈服强度，并且在10 kHz至3 GHz的频率范围内，电磁波的衰减度达到99.999999999% (110 dB)。研究表明，具有优化结构参数(包括高数密度:5×10²³ m³，小尺寸:23 nm，大长径比:4，低失配:2.3%，强结合:-0.316 eV/atom，磁有序:4.05 μB/f.u .)的Ni₂MnSn沉淀物既通过强钉扎强化基体，又通过磁-电耦合增强电磁屏蔽性能。这种针对多重性能需求量身定制的设计方法为结构-功能一体化材料的发展提供了一种有价值的工具。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-54904-9

图1:在铜基体中设计Ni₂MnX相的框架。

图2:铜基体中Ni₂MnSn相的形貌。

图3:Ni₂MnSn相的空间构型的原子尺度演示。

图4:铜-镍-锰-锡合金的力学行为和微观强化机制。

图5:铜-镍-锰-锡合金的电磁性能与电磁屏蔽机理。

总之，该研究团队的工作代表了一种通过设计沉淀相结构参数来实现合金多目标性能的有效方法。通过在Cu基体中引入Ni₂MnSn Heusler相并设计具有优化结构参数的纳米颗粒，实现了超高的力学性能(屈服强度= 0.71–1.50 GPa，极限拉伸强度= 0.78–1.58 GPa)和优异的电磁屏蔽效能(10 kHz 3 GHz时为100–110 dB)。

析出物同时具备：低失配、高数密度、小尺寸、大长径比、磁性有序以及强结合的特性是同时实现强位错钉扎效应和高效电磁波损耗机制的有效途径。数据驱动筛选、多尺度模拟和实际实验相结合的方法在开发沉淀强化结构功能合金方面是高效和有效的。值得注意的是，目前的合金体系可以通过传统的熔炼铸造工艺制备，因此具有很大的工业应用前景。

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