近日，吉林大学未来科学国际合作联合实验室先进结构材料与薄膜技术团队在Nano Letters杂志上发表了题为“Creating High Plasticity in Hard Ceramics via Coherent Twin Boundary Migration-Driven Detwinning”的文章。研究团队基于机器学习势函数与分子动力学模拟，揭示了一种由共格孪晶界迁移驱动的退孪晶塑性变形机制，实现了室温下硬而脆的过渡金属氮化物陶瓷保持本征强度的同时获得高塑性，为破解陶瓷长期存在的“强度—韧性”倒置难题提供了新的研究思路。

图一：共格孪晶氮化钛（CTB-TiN）在剪切应变下的应力响应与结构演变

室温下缺乏塑性是限制硬质陶瓷广泛应用的关键因素。尽管这类材料具有高硬度、高强度等优异性能，但脆性较高，受载后容易发生灾难性断裂。近年来，共格孪晶界（Coherent Twin Boundaries，CTBs）被认为是改善陶瓷力学性能的重要结构单元，但其如何参与塑性变形仍缺乏深入认识。本研究发现，在外加载荷作用下，共格孪晶界能够发生连续迁移并最终消失，驱动材料经历退孪晶过程，从而形成一种不同于传统陶瓷的塑性变形方式。共格孪晶界打破了晶体的整体平移对称性，使材料内部形成差异化的键合状态和不均匀应变，并进一步诱导形变下局部应变集中，驱动化学键逐步翻转重构。电子结构分析则表明，共格孪晶界能够增强电子离域性、削弱成键方向性，降低化学键重构所需能量，从而促进结构连续演化。相比传统依赖大量化学键协同重构的变形方式，由共格孪晶界迁移驱动的退孪晶机制通过连续、分阶段的界面迁移降低了塑性变形的能量势垒，从而形成了一条更高效的变形路径。

图二：塑性变形过程中承载键和电子结构的演化

共格孪晶界迁移驱动的退孪晶机制进一步在ZrN、HfN和TaN等典型过渡金属氮化物中得到验证，表明该机制具有良好的普适性。该研究在理解硬脆晶体塑性变形方面取得了概念性突破，为解决陶瓷长期存在的“强度—韧性”倒置难题提供了新的理论思路，并为新一代高性能结构陶瓷的开发提供了新的设计策略。

文章第一作者为吉林大学博士研究生高鑫鑫，通讯作者为吉林大学张侃教授和刘畅教授。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、吉林省科技发展计划以及中央高校基本科研业务费的资助，相关计算工作在吉林大学高性能计算中心完成。

全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c01237