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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學院辦院方針

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MAX相斷面自修復研究取得進展

2025-05-28 寧波材料技術(shù)與工程研究所

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作為一種智能材料，自修復材料能夠降低相關(guān)設(shè)備損壞概率和維護成本。自20世紀70年代以來，科學家們已經(jīng)設(shè)計和制備了眾多自修復材料，其中大多數(shù)是聚合物、水凝膠及其復合材料，但這些自修復材料的制備成本高、修復時間長、強度低、耐高溫性差、耐輻射性低，難以獲得廣泛應(yīng)用。而對于陶瓷和金屬材料的修復通常需要高溫或機械加載等外部刺激，這些外部刺激在某些特定的服役環(huán)境中難以施加，限制了其實際應(yīng)用。

MAX相是一類具有M_n+1AX_n化學式的三元化合物（其中n從1到4變化，M是前過渡金屬，A是A族元素，X是碳或氮）。由于M-X共價鍵和M-A金屬鍵共存以及獨特的納米層狀結(jié)構(gòu)，MAX相具有優(yōu)異的抗輻照性能、機械性能以及抗氧化和耐腐蝕性能，因而在核能和航天領(lǐng)域以及海洋環(huán)境中具有巨大的應(yīng)用潛力。但MAX相的c/a比值較高且金屬鍵較弱，這類材料的晶體易沿著特定晶面斷裂，從而嚴重降低了相關(guān)設(shè)備的可靠性。

近期，中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所報告了在室溫下Ti₃AlC₂ MAX相納米線固有且高效的自修復現(xiàn)象。透射電鏡原位定量拉伸實驗表明，Ti₃AlC₂納米線斷面自修復5分鐘后，其斷裂強度能夠恢復至2.1 GPa，自修復效率可達36.2%，且直徑越小，自修復效率越高。研究通過原子尺度表征結(jié)合第一性原理計算和分子動力學模擬揭示了其微觀物理機制。相關(guān)研究成果以Highly Efficient Self-Healing of Fractured Ti₃AlC₂ MAX Phase Nanowires為題，發(fā)表在《先進功能材料》（Advanced?Functional?Materials）上。

同時，研究人員根據(jù)對自修復的理解，率先提出利用電子束輻照進一步增強斷面自修復效率的策略并加以驗證，同時通過原子尺度原位輻照技術(shù)揭示了Ti₃AlC₂ MAX相輻照效應(yīng)及其對斷面自修復的影響機制。相關(guān)研究成果以Enhancing the Self-Healing Efficiency of Ti₃AlC₂ MAX Phase via Irradiation為題，發(fā)表在《納米快報》（Nano?Letters）上。

研究對開發(fā)高安全、長壽命微納器件具有重要價值，為MAX相在極端環(huán)境下的應(yīng)用提供了新思路。研究工作得到國家自然科學基金、中國博士后科學基金面上項目等的支持。

論文鏈接1

論文鏈接2

Ti₃AlC₂納米線斷面自修復原位定量拉伸實驗及其尺寸效應(yīng)

Ti₃AlC₂納米線斷面自修復分子動力學模擬

Ti₃AlC₂ MAX相原子尺度原位輻照實驗

隨著微型化技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器、驅(qū)動器和微機電系統(tǒng)等設(shè)備中集成的關(guān)鍵零部件越來越小，一維納米材料被認為是構(gòu)筑高性能微/納器件的基本單元，然而，小尺寸的一維納米材料在服役過程中受到?jīng)_擊或頻繁機械加載/卸載很容易發(fā)生斷裂，由于微型化和高集成，維修極其困難。斷面自修復在提高相關(guān)器件的可靠性和使用壽命方面發(fā)揮著重要作用。作為一種智能材料，自修復材料能夠降低相關(guān)設(shè)備損壞概率和維護成本。自20世紀70年代以來，科學家們已經(jīng)設(shè)計和制備了眾多自修復材料，其中大多數(shù)是聚合物、水凝膠及其復合材料，但這些自修復材料的制備成本高、修復時間長、強度低、耐高溫性差、耐輻射性低，難以獲得廣泛應(yīng)用。而對于陶瓷和金屬材料的修復通常需要高溫或機械加載等外部刺激，這些外部刺激在某些特定的服役環(huán)境中難以施加，限制了其實際應(yīng)用。MAX相是一類具有Mn+1AXn化學式的三元化合物（其中n從1到4變化，M是前過渡金屬，A是A族元素，X是碳或氮）。由于M-X共價鍵和M-A金屬鍵共存以及獨特的納米層狀結(jié)構(gòu)，MAX相具有優(yōu)異的抗輻照性能、機械性能以及抗氧化和耐腐蝕性能，因而在核能和航天領(lǐng)域以及海洋環(huán)境中具有巨大的應(yīng)用潛力。但MAX相的c/a比值較高且金屬鍵較弱，這類材料的晶體易沿著特定晶面斷裂，從而嚴重降低了相關(guān)設(shè)備的可靠性。近期，中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所報告了在室溫下Ti3AlC2 MAX相納米線固有且高效的自修復現(xiàn)象。透射電鏡原位定量拉伸實驗表明，Ti3AlC2納米線斷面自修復5分鐘后，其斷裂強度能夠恢復至2.1 GPa，自修復效率可達36.2%，且直徑越小，自修復效率越高。研究通過原子尺度表征結(jié)合第一性原理計算和分子動力學模擬揭示了其微觀物理機制。相關(guān)研究成果以Highly Efficient Self-Healing of Fractured Ti3AlC2 MAX Phase Nanowires為題，發(fā)表在《先進功能材料》（Advanced?Functional?Materials）上。同時，研究人員根據(jù)對自修復的理解，率先提出利用電子束輻照進一步增強斷面自修復效率的策略并加以驗證，同時通過原子尺度原位輻照技術(shù)揭示了Ti3AlC2 MAX相輻照效應(yīng)及其對斷面自修復的影響機制。相關(guān)研究成果以Enhancing the Self-Healing Efficiency of Ti3AlC2 MAX Phase via Irradiation為題，發(fā)表在《納米快報》（Nano?Letters）上。研究對開發(fā)高安全、長壽命微納器件具有重要價值，為MAX相在極端環(huán)境下的應(yīng)用提供了新思路。研究工作得到國家自然科學基金、中國博士后科學基金面上項目等的支持。論文鏈接1論文鏈接2Ti3AlC2納米線斷面自修復原位定量拉伸實驗及其尺寸效應(yīng)Ti3AlC2納米線斷面自修復分子動力學模擬Ti3AlC2 MAX相原子尺度原位輻照實驗

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