据中科院官网报导，近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心纳米金属材料科学家工作室团队通过在高纯金属铜中引入晶界弛豫效应，使得高纯铜同时表现出高热稳定性和高强度，从而突破了金属纯度-稳定性倒置关系难题。该团队选择了99 wt.%-99.9999 wt.%（2N-6N）五种不同纯度的金属铜，利用表面机械碾磨制备了晶粒尺寸及梯度分布情况都接近的铜棒样品；并基于前期研究工作（纯铜中变形诱导晶界弛豫临界晶粒尺寸约为70 nm），在不同纯度铜棒样品中取平均晶粒尺寸约60 nm和100 nm的样品进行比较研究。实验发现100 nm晶粒随样品纯度增加，其热稳定性显著降低，与传统教科书上的理论一致（即杂质原子钉扎晶界，提高稳定性）；而60 nm晶粒随样品纯度增加，其热稳定性反常提升。通过实验观察结合分子动力力学模拟，该研究团队发现由于晶界处杂质原子的存在，晶界在变形过程中发射孪晶或层错变得更困难，从而阻碍了晶界结构弛豫过程；同时发现杂质原子的存在使得弛豫后的晶界能量相对于高纯度样品略微增加。因此，在纯度较低的样品中，晶界弛豫变得更加困难，弛豫效应降低，导致其热稳定性低于弛豫态高纯样品。众所周知，金属材料存在本征的性能“倒置关系”困境：金属纯度越高，强度和热稳定性越低；纯金属强度越高，热稳定性越低。本工作中晶界弛豫态纳米晶铜样品纯度越高，强度和热稳定性同步提升。以上工作由中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心纳米金属材料科学家工作室团队和兰州理工大学薛红涛团队合作完成。沈阳材料科学国家研究中心博士生傅皇留、周鑫副研究员为共同第一作者，卢柯院士、李秀艳研究员为通讯作者。相关研究成果以“Breaking the purity-stability dilemma in pure Cu with grain boundary relaxation”为题在《今日材料》（Materials Today）上发表。