顆粒在線訊：電接觸材料是承擔(dān)電路通斷控制、導(dǎo)電以及承載作用的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)-功能一體化材料，其性能直接關(guān)系到電力系統(tǒng)與電器設(shè)備的安全穩(wěn)定。常用電接觸材料主要是銅或銀為基體的復(fù)合材料。基體負責(zé)導(dǎo)電和導(dǎo)熱，并起到強硬化作用，從而提高材料的抗電弧侵蝕能力。相比銅基體系，銀基電接觸材料具有電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率高、接觸電阻小且穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于不同電力負荷范圍的電路與電器中。除導(dǎo)電和抗電弧侵蝕外，電接觸材料還需具備良好的力學(xué)性能以滿足承載及長期服役需求，其中彈性變形能力尤為重要。一方面，電接觸材料通過大彈性變形保持緊密接觸，減小接觸電阻，避免松弛引起接觸不良造成起弧放電等；另一方面，大彈性變形有助于減輕塑性變形引起的損傷累積，延緩疲勞失效，延長電接觸材料及構(gòu)件的服役壽命。特別是導(dǎo)電彈簧等電子器件，電導(dǎo)率和彈性變形能力是最重要的材料性能。然而，在同一材料中高彈性和高電導(dǎo)率通常難以兼得，具有良好導(dǎo)電性的銅基和銀基塊體金屬材料的彈性應(yīng)變極限大都不超過0.5%，而樹脂基導(dǎo)電材料盡管具有大彈性變形能力，但電導(dǎo)率普遍較低（通常低于1kS·m-1）。因此，如何在保證高電導(dǎo)率的前提下提高彈性變形極限是制約高彈性電接觸材料發(fā)展的關(guān)鍵難題。

　　貝殼、骨骼等天然生物材料具有微觀三維互穿結(jié)構(gòu)，各組成相保持連續(xù)且相互貫穿，以此實現(xiàn)不同性能優(yōu)勢互補。這種結(jié)構(gòu)為研制新型高性能電接觸材料提供啟示。近日，中國科學(xué)院金屬研究所仿生材料設(shè)計制備團隊與國內(nèi)外科研人員合作，利用銀的強度與鎳鈦合金應(yīng)力誘導(dǎo)馬氏體相變效應(yīng)之間的耦合作用，將鎳鈦合金的高彈性與銀的高電導(dǎo)率相結(jié)合，通過設(shè)計并構(gòu)筑類似天然生物材料的微觀三維互穿結(jié)構(gòu)，發(fā)明了一種兼具高彈性、高電導(dǎo)率和高強度的新型銀-鎳鈦塊體電接觸材料。

　　研究利用銀和鎳鈦之間超過300℃的熔點差異，采用工業(yè)生產(chǎn)電接觸材料中常用的無壓熔滲工藝，將銀熔體浸滲到熱壓燒結(jié)的多孔鎳鈦骨架中，綜合調(diào)控骨架燒結(jié)溫度和熔滲溫度，在避免發(fā)生界面反應(yīng)的前提下，實現(xiàn)了銀熔體完全填充骨架，獲得了不含雜質(zhì)相的致密銀-鎳鈦塊體復(fù)合材料。材料中銀和鎳鈦兩相各自保持連續(xù)，且在三維空間相互貫穿，兩相界面表現(xiàn)為冶金結(jié)合（圖1a）。銀基體良好的空間連通性提供連續(xù)的電子傳輸通道，賦予材料超過10MS·m-1的高電導(dǎo)率，連續(xù)的鎳鈦增強相能夠起到高效的強化作用。在變形過程中，鎳鈦相發(fā)生應(yīng)力誘導(dǎo)馬氏體相變，消耗外加機械能的同時減輕應(yīng)力集中，卸載后鎳鈦相能夠自發(fā)逆相變，材料整體產(chǎn)生彈性回復(fù)，賦予該電接觸材料超過1.7%的大彈性變形能力，是常用塊體導(dǎo)電金屬材料的3倍以上（圖1b）。此外，兩相微觀三維互穿與機械互鎖利于促進二者之間的應(yīng)力傳遞，避免局部應(yīng)力集中導(dǎo)致過早損傷，并能夠?qū)⑽⒂^塑性變形與開裂約束在各自相內(nèi)部，阻礙損傷演化貫穿材料引起整體失效，因而進一步提高電接觸材料的強度和損傷容限，使其表現(xiàn)出約1500MPa和560MPa的抗壓和抗拉強度。與現(xiàn)有銀基電接觸材料相比，在同等電導(dǎo)率前提下，強度約提高一倍（圖1c）。彈性、強度與電導(dǎo)率的結(jié)合使新型銀-鎳鈦電接觸材料有望在電路與電器等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《今日應(yīng)用材料》（Applied Materials Today）上，并申請了兩項發(fā)明專利。

高彈性銀-鎳鈦電接觸材料的微觀三維互穿結(jié)構(gòu)及其性能與現(xiàn)有材料的比較