中国科学家在开拓材料素化研究方面的工作受到国际关注

长期以来，材料性能的提升往往依赖于合金化，即通过元素的添加，使金属成为具有预期性能的合金。但随之而来的是材料成本不断攀升，材料回收利用更加困难。伴随着全球工业化进程，材料领域的可持续发展越来越受到世界各国科学家和政策制定者的重视，材料素化即是有望解决这一问题的途径之一。材料素化通过跨尺度材料组织结构的调控来减少合金元素的使用，同时实现材料性能提升，促进材料回收和再利用。这需要解决纳米金属材料热稳定性和机械稳定性较差、纳米金属规模制备等一系列难题。
在“变革性技术关键科学问题”专项项目支持下，中国科学院金属研究所李秀艳研究员和合作者研究发现在塑性变形制备的纳米晶纯金属中临界晶粒尺寸下的晶界自发驰豫，以及由此导致的材料热稳定性和机械稳定性的反常晶粒尺寸效应。这一效应的发现，有助于制备极小晶粒尺寸超高强度超高稳定性的金属，从而使得材料素化成为可能。近期，Science期刊在线发表李秀艳研究团队撰写的关于晶界调控实现材料素化的展望性论文《Improving sustainability with simpler alloys》，该文以晶界调控实现材料素化为主线，阐述了素化的原理以及晶界调控方面的最新进展。文中提出，与传统的合金化强化原理即阻碍位错运动不同，纯金属或低合金化材料可通过抑制位错形核来提高材料强度，从而达到减少合金元素使用，提高材料可持续性的目的。材料素化不但可以大幅度提升材料性能，而且还将对材料及器件的制造产生深远影响。