当金属材料具有纳米尺度微结构时，虽然其强度可以得到显著提高，但其塑性却因剪切带的过早出现而明显下降，导致多数纳米尺度金属材料（如纳米/超细晶金属、纳米层状金属材料等）无法拥有良好的强塑性匹配。关键的科学问题在于：在这些致命的剪切带中材料为什么容易发生高度应变局部化的大塑性变形？其基本的变形机制如何？在国家自然科学基金及科技部“973”计划项目的资助下，最近，沈阳材料科学国家（联合）实验室材料疲劳与断裂研究部张广平研究员课题组通过对纳米尺度铜/金层状材料压痕变形诱发剪切带区的原子尺度观察与理论分析，揭示了该类材料剪切带中组元层发生大塑性连续薄化变形的物理机制。该成果已发表在近期出版的《物理评论快报》（Physical Review Letters 110 (2013) 155502）上。

　　这项研究发现，在由面心立方铜/金异质界面构成的纳米层状材料中，压痕下约束变形区和剪切带中的铜层均比金层发生了更为严重的薄化变形。实验观察与计算表明，沿铜/金界面的切应力是导致铜层薄化程度大的根本原因。通过原子尺度的界面结构观察与理论分析，他们发现：平行于铜/金层界面的切应力分量能够解锁点阵位错-异质层界面反应产物，从而促进了位错跨过异质界面，导致铜层连续薄化。为此，他们提出了一个全新的“切应力诱导纳米层状材料塑性变形能力再生”的物理机制。

　　这一研究工作的意义在于：（1）揭示了纳米层状金属材料中异质界面控制的塑性变形行为与平行于界面的切应力间的内在关系，并很好地解释了纳米晶金属中剪切带内晶粒能够在剪切方向发生明显拉长、薄化塑性行为的原因。阐明了切应力在纳米结构稳定性中具有不可忽视的重要作用，这为包括纳米层状材料在内的超细尺度材料塑性失稳的控制提供了理论线索；（2）揭示了层状材料中某些异质界面除了具有极强的阻碍位错运动能力外，在切应力诱导下该类界面有可能成为像纳米尺度共格孪晶界那样具有吸收甚至容纳位错，从而协调塑性变形的能力；（3）“切应力诱导机制”对于如等通道转角挤压、高压扭转以及往复拉拔等利用严重塑性变形技术加工具有纳米尺度微结构的金属材料亦具有重要的应用参考价值。

图1 压痕下纳米尺度Cu/Au层状材料塑性变形行为的微观观察，(a)压痕区下的剪切带变形，(b)和(c)约束变形区和剪切带区的透射电镜观察.

图2 纳米尺度Cu/Au层状材料界面结构观察，(a)和(b)变形前，(c)和(d)变形后. 

图3 切应力诱导纳米尺度Cu/Au层状材料塑性变形能力再生的物理机制.