如何向金属“借位”，提高陶瓷的韧性
2024年7月25日，中国科学家在《科学》（Science）杂志上发表了一项关于借用金属位错提高陶瓷延展性的研究成果，该技术将陶瓷在室温下的拉伸延展变为可能。
金属材料具有很强的可塑性，受外力时可以轻松地发生形变，这主要是因为金属材料在外力作用下会发生位错。位错是晶体中的一种常见缺陷，体现在晶体中的局部原子排列偏离了理想晶体结构的连续周期性。
位错虽然是一种缺陷，但是对晶体的物理性质，特别是力学性质有重要影响。它的存在可以促进晶体的塑性变形，提高材料的可塑性。
基于此，研究者利用金属钼（Mo）作为基底，通过高温烧结的方法，在其外延生长氧化镧（La2O3）陶瓷，制备了具有有序界面结构的借位错氧化镧陶瓷材料（DB La2O3），该材料具有陶瓷高强度的同时还拥有金属材料的韧性，是陶瓷材料中的“全能手”。
借位错氧化镧陶瓷材料（DB La2O3）的特殊之处在于金属钼和氧化镧陶瓷之间的有序界面。研究者通过理论计算证实金属钼和氧化镧之间具有较强的化学键，可以将两种物质紧密地结合在一起。
在受外力时，金属钼会发生位错，并且通过有序界面结构将位错传递至氧化镧陶瓷，这种方式不仅可以承受由位错引起的应力，还可以缓解位错在界面处积累而导致的应力集中。极大地提高了氧化镧陶瓷材料的可塑性。
理论计算结果表明，借位错氧化镧陶瓷材料中金属位错穿过金属-陶瓷有序界面的能量仅为2288.5兆焦每平方米，与金属内部位错传输所需的能量相当（2543.9兆焦每平方米），成功地实现了金属位错在陶瓷材料内部的传输。
实验结果表明，借位错氧化镧陶瓷材料在室温下拉伸变形量为35%时，内部的位错密度可达3.12×1015每平方米，与金属钼的位错密度相当（3.85×1015每平方米）。正是由于借位错氧化镧陶瓷内部高的位错密度，其拉伸形变量可达39.9%，强度约为2.3GPa，颠覆了陶瓷在室温条件下难以拉伸的传统认知。