金属材料的强化是长期以来材料领域的核心研究方向。细晶强化（即Hall-Petch强化，包括晶界强化/孪晶界强化）是目前最常用且有效的强化手段之一，其内在机制是源于晶界/孪晶界对位错运动的阻碍。然而，当晶粒尺寸（d）和孪晶片层厚度（λ）达到某个临界尺寸（10-15 nm）时，材料的主导变形机制将转变为晶界运动或退孪生，从而使其表现出Hall-Petch关系失效或软化效应（即材料强度随着d /λ的降低而不再增加甚至降低），成为了材料强度提升的瓶颈问题。
近期，沈阳材料科学国家研究中心材料动力学研究部段峰辉特别研究助理（第一作者）、李毅研究员、潘杰副研究员和与上海交通大学郭强教授合作，首次在高层错能金属Ni中实现了超细纳米孪晶结构的可控构筑，以及纳米孪晶Ni在10 nm片层厚度以下持续强化。这一结果突破了人们对纳米晶金属材料在极小结构尺寸下发生软化的现有认知，为发展超高强度/硬度金属材料提供了可行途径。相关研究成果于6月30日发表在Science Advances杂志上。
纳米孪晶结构普遍存在于低层错能金属材料中，而在高层错能金属Ni（γsf=128 mJ/m2）中引入高密度生长孪晶，特别是极小片层厚度的孪晶结构至今鲜有报道。研究人员采用直流电沉积技术，基于高沉积速率和镀层拉应力的协同作用，成功地在金属Ni中获得体积分数达100%的柱状纳米孪晶结构，实现了孪晶片层厚度从2.9到81.0 nm的可控调节。我们的研究表明，λ<10 nm时，纳米孪晶Ni的强度和硬度仍然随着片层厚度的减小而增加，表现出持续强化和硬化行为。最小厚度（λ=2.9 nm）纳米孪晶Ni表现出最高的屈服强度（~4.0 GPa）， 约是目前报道的纳米晶Ni最高强度（~2.2 GPa）的2倍。镍-钼合金片层厚度甚至能够达到1.9 nm和最高强度4.4 G
