结构完整性是材料在各种载荷条件下实现所有功能的基础，而准确获得材料的基础力学性能尤为重要。长期以来，研究人员以小应变下获得的弹性模量描述材料本征性能， 以确定其稳定性，并通过经验关系外延获得材料脆性、韧性和硬度等形变后的力学性能；但是，这种经验关系获得的材料力学性能忽略了载荷大小和方向的影响。在实际测试和应用中，测试结果通常会产生接近甚至超过弹性稳定极限的剧烈变形，大应变下结构稳定性和承载能力在一定程度上真正决定了材料的极限力学性能。本工作提供了材料在极端应力下的本征性能，扩展了大应变下材料结构演变及力学性质关系，对材料研究具有广泛的重要意义。

在本工作中，我们引入由第一原理计算不同变形路径上的峰值应力定义的极限强度作为材料在大应变下的力学稳定性准则，以硬质过渡金属二硼化物为典型材料，研究大应变下与取向和载荷相关的力学响应行为，并与传统的经验关系下获得的力学常数进行对比。我们发现过渡金属二硼化物在大应变下应力响应有强的各向异性和载荷依赖性，与弹性模量的各向同性形成鲜明对比。我们进一步阐明了负载模式、承载键电荷分布和电子能带结构对弹性或动力学稳定极限下大应变力学响应行为的影响。这项工作实现了长期以来构建力学性能基准的目标，建立了一个描述极端载荷条件下材料力学性能的强有力方案，并为进一步探索和设计优化大量过渡金属轻元素化合物与负载和晶体取向相关的力学性质提供思路。

吉林大学材料科学与工程学院博士研究生高鑫鑫为本文第一作者。本文通讯作者为吉林大学材料科学与工程学院张侃教授和物理学院刘畅教授，并得到了美国内华达大学拉斯维加斯分校陈长风教授的悉心指导。该工作得到了国家自然科学基金，国家重点研发计划，吉林大学研究生创新研究计划资助。

相关文章：Xinxin Gao, Kan Zhang*, Qiang Zhu, Changfeng Chen, Chang Liu*, Setting material benchmarks at large-strain limits via ultimate strengths, Acta Mater. 286, 120724 (2025)

论文全文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.120724