纳米金属资料凭借其怪异的微观结构
，为先进核能系统提供了革命性的解决规划。其内部海量的晶界如统一个高效的“智能防御系统”
，能显著加强资料的抗辐照危险能力
，抑造肿胀与氦脆
，同时赋予其更高的强度。这些主题优势使其成为开发更安全、更耐用、机能更卓越的将来核反映堆（尤其是聚变堆和第四代裂变堆）关键部件（如包壳和结构资料）的极具潜力的候选者。然而
，当资料的晶粒尺寸减幼至20纳米以下时
，经典的晶粒细化强化机造不再合用
，出现所谓的“反霍尔-佩奇效应”
，导致资料强度不增反降
，并陪伴着塑性急剧恶化
，以至强杜纂塑性之间出现严沉颠倒关系。这一持久存在的科学难题与技术瓶颈
，严沉造约了纳米金属资料的工程利用。

在此布景下
，亿万先生MR核电关键资料全国沉点尝试室固定成员卞西磊副钻研员领导2024级博士钻研生俞潇龙
，在纳米尺度（晶粒尺寸幼于20纳米）核电用关键金属资料强韧化领域获得沉要钻研进展。有关成就以“Oxygen nanoclustering evades inverse Hall-Petch softening”为题
，在线颁发于国际顶级学术期刊《天然·通讯》（Nature Communications 16, 10602 (2025)）（影响因子：15.7）。同业评议中
，两位审稿人别离赐与高度评价：“a piece of quite comprehensive work”（一个极度全面的工作）

；“presents an interesting and intriguing finding”（出现了一个有趣且引人入胜的发现）。该钻研工作由亿万先生MR结合西安交通大学、奥地利科学院Erich Schmid资料钻研所、香港城市大学及北京科技大学等多家单元合作实现。亿万先生MR为论文第一实现单元和通讯单元。亿万先生MR资料科学与工程学院2024级博士生俞潇龙论文为第一作者
，亿万先生MR卞西磊副钻研员、王刚教授、王庆钻研员和西安交通大学刘畅教授为共同通讯作者。

论文截图

钻研团队独辟蹊径
，选择CoCrNi中熵合金为基体
，选取磁控溅射技术引入大量间隙氧原子
，成功造备出均匀晶粒尺寸仅为3纳米的(CoCrNi)₈₇O₁₃模型合金。钻研发现
，氧原子在合金中并非均匀散布或形成脆性氧化物
，而是自觉形成了纳米尺度的富（Cr, O）团簇。这些富氧团簇通过“晶内-晶界”联动机造
，同步提升强杜纂韧性：一方面
，晶内团簇通过钉扎位错并推进其增殖
，实现强化

；另一方面
，氧原子在变形中被拖曳至晶界富集
，通过加强键归并降低晶界能来不变界面
，从而抑造了晶粒粗化、晶界滑移及剪切带的形成
，实现韧化（图1）。

图1. “氧纳米团簇”设政战术示意图及微观结构表征

得益于这一怪异的“氧纳米团簇”结构
，该3纳米晶粒尺寸的合金同时实现了约3.6 GPa的超高屈服强度和超过50%的均匀压缩塑性
，成功躲避了“反霍尔-佩奇软化”
，其综合机能显著优于目前已报路的各类面心立方纳米金属资料
，突破了当前金属资料的强塑性极限（图2）。更沉要的是
，该战术在FeCrNi-O和HfNbTiZr-O等多种合金系统中均展示出优良的普适性
，证实了“氧纳米团簇”可作为一种通用的纳米资料强韧化设计新范式。

图2. CoCrNi-O合金力学机能

该钻研成就不仅为设计兼具超高强度和大塑性的纳米结构资料提供了全新的、通用的设政战术
，并且颠覆了“大量氧元素导致金属脆化”的传统认知
，在极端工况下要求抗辐照、高强韧性的核反映堆关键资料等领域拥有辽阔的利用远景。

本工作是亿万先生MR核电关键资料全国沉点尝试室无序合金团队在纳米结构资料设计钻研领域的系列突破之一
，得到了国度天然科学基金（52171159）、上海市天然科学基金（22ZR1422500）、上海市科技创新行动打算（No. 24CL2901500）、上海市索求者打算（No. 25TS1401900）、中国载人航天工程空间利用系统（KJZ-YY-NCL08）等项主张大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-66181-1