高温微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS）构件往往要求材料具有良好的高温强韧性匹配。然而，现有半导体技术加工的Ni微部件因高温下的晶粒粗化，往往强度较低，而热稳定性高的高强度纳米晶Ni-X合金（X=W、Mo等）韧性较差，两者均无法满足达到高温MEMS部件用材料的技术要求。在课题组的前期研究中，提出了将纳米晶Ni与Ni-W合金复合的思想，成功研制出一种纳米晶Ni/Ni-W层状复合材料。与单质Ni和Ni-W合金相比，其在25℃和400℃下表现出了良好的强韧性匹配（Acta Materialia 216 (2021) 117138;Composites Part B 243 (2022) 110170;JMST 138 (2023) 129-137）。在此其基础上，为了进一步提升材料的强度，并保持其良好的韧性，澄清超细尺度层状复合材料在变形过程中多级微观结构与组元层几何尺度耦合机理及动态演化规律成为该材料应用的关键所在。

最近，课题组人员与东北大学科研人员合作，探索了不同组元层厚度纳米晶Ni/Ni-W层状复合材料的强化与韧化匹配规律，考察了材料在室温拉伸后的变形损伤行为以及晶粒尺寸和组元层厚度在拉伸加载下的动态演变过程，揭示了层状复合材料的微观结构与几何尺度的组合规律及二者对力学性能的耦合效应。研究发现，Ni0.25/Ni-W0.025的抗拉强度超过1.9 GPa，断裂延伸率可达5.5%，材料呈现出强度和塑性的同步提升。这主要是由于初始组元层厚度的减小使得变形过程中Ni层发生稳定晶界迁移，界面约束下的Ni层晶粒长大程度逐步得到增强，导致Ni层厚度小于1 μm的Ni/Ni-W层状复合材料发生了矩形应变区逐渐取代交叉微剪切带，加工硬化能力得以恢复的应变去局域化行为。最后，基于纳米晶组元内部的晶界迁移总距离和容纳位错空间两个主控因素，确定了纳米晶组元的初始层厚与晶粒尺度的最优比值。研究结果不仅为多尺度金属层状复合材料的结构设计和强韧性提升提供了新思路，也使该材料有望应用于高服役可靠性MEMS关键部件中。

该研究结果发表在International Journal of Plasticity 176 (2024) 103959. 

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