近日，我们与北京大学深圳研究生院吴忠振教授团队深度合作，依托自主研发的创新离子沉积技术，实现了CrN（氮化铬）陶瓷中高密度纳米孪晶的可控制备。该工作制备的纳米孪晶CrN陶瓷在保持36 GPa超高硬度的同时，在室温下获得了下压缩应变超过40%的优异塑性。相关成果以《Nanotwinned CrN ceramics with enhanced plasticity》为题，发表在国际著名期刊Nature Communications（2025, 16: 5934）。

        传统陶瓷因本征脆性导致室温塑性严重受限，极大制约了其在极端工况下的应用。针对这一难题，研究团队通过离子能量调控策略精准调节材料生长过程，成功突破陶瓷材料孪晶形成所需的高能垒，制备出孪晶界密度高达9.0 × 10¹⁵ m⁻²、孪晶晶粒体积分数达52%的纳米孪晶CrN陶瓷。力学测试显示，该材料室温下压缩应变超过40%，极限单轴压缩强度达32 GPa，纳米压痕硬度高达36 GPa，刷新了陶瓷材料在高硬度与高塑性方面的性能极限。

        系统的晶体结构表征与第一性原理计算表明，孪晶界可分别稳定存在于滑移能垒较低的Cr亚晶格与滑移能垒相对较高的N亚晶格。在外加应力作用下，Cr亚晶格孪晶界可向N亚晶格孪晶界转变：具体表现为以Cr原子为顶点的四边形结构转化为以N原子为顶点的四边形结构，驱动孪晶界断裂、退孪晶、位错堆积等一系列孪晶重组过程，同时避免化学键断裂，从而实现了类似金属的室温塑性变形机制，有效克服了单晶CrN中滑移面易断键、形成脆性断裂的限制。  

        该研究不仅突破了陶瓷材料“高硬度与高韧性难以兼得”的长期瓶颈，也为高硬度高塑性功能陶瓷的设计与制备提供了新的理论依据与技术路径，具有广阔的工程应用前景。

        该工作由吴忠振教授（北大深研院）、张侃教授（吉林大学）和崔岁寒博士（北大深研院）共同指导完成，刘亮亮（北大深研院）、安小凯（北大深研院）、谷鑫磊（吉林大学）、李体军（北大深研院）为共同第一作者，香港城市大学Paul K. CHU教授团队给予本工作重要支持。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金优秀青年科学基金和青年基金、以及广东省及深圳市自然科学基金等多项支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-61275-2