晶态-非晶态复合材料的力学性能：Hall-Petch与逆Hall-Petch行为的普适性规律

来自国际团队的研究人员通过分子动力学模拟，创新性地将传统多晶材料强度σy(D)模型拓展至晶态-非晶态复合材料的σy(D,l)双参数体系，揭示了在面心立方(FCC)和体心立方(BCC)体系中分别达到最大强度的临界尺寸组合，突破了传统多晶材料的强度极限，同时系统绘制了(D,l)参数空间下的延性-脆性转变图谱，为高性能复合材料设计提供了理论依据。

　　

这项突破性研究揭示了晶态-非晶态复合材料中令人着迷的力学行为规律。当材料晶粒尺寸(D)大于50个原子直径时，强度随D减小而增加，呈现经典Hall-Petch效应；而当D小于该临界值时，则出现反常的逆Hall-Petch行为。研究团队通过精巧的模拟实验，首次引入非晶界层厚度(l)作为关键变量，构建了双参数的强度预测模型σ_y(D,l)。

令人振奋的是，在面心立方(FCC)单组元体系中，当(D,l)≈(50,6)原子直径时材料达到峰值强度；而在双组元或体心立方(BCC)体系中，最佳组合则出现在(D,l)≈(50,2)。这种差异源于不同晶体结构中位错(dislocation)运动的临界激活应力差异。该发现不仅完美解释了近期合金实验现象，更为突破传统多晶材料强度极限提供了新思路。

研究还系统测绘了广阔(D,l)参数空间中的力学性能图谱，包括弹性模量(elastic moduli)和延性(ductility)变化规律。特别值得注意的是，团队成功识别出不存在强度-延性权衡的优化区域，确定了最大延性区间和脆韧转变临界线。这些发现在固体力学领域具有重要意义，为设计具有卓越综合性能的晶态-非晶态复合材料提供了精准的制备指南。