近日，北京工业大学韩晓东教授联合浙江大学张泽院士团队在BCC难熔金属裂纹扩展研究中取得重要进展，研究成果《Nanoscaleductile fracture and associated atomisticmechanisms in a body-centered cubicrefractory metal》发表在国际权威期刊《Nature Communications》上。北京工业大学理学部博士后卢艳和中国科学技术大学陈勇超为共同第一作者，北京工业大学材料与制造学部韩晓东教授、王立华教授、美国佐治亚理工学院朱廷教授、清华大学机械工程系李晓雁教授为通讯作者。

具有高熔点的体心立方(BCC)难熔金属通常表现出高强度，但延展性和断裂韧性相对较差，严重限制BCC难熔金属的应用。揭示BCC难熔金属断裂机制，对改善难熔金属断裂韧性具有重要意义。20世纪20年代，Griffith提出了线弹性断裂理论，成为纯脆性断裂的判据。Rice和Thomson于20世纪70年代发展了晶体材料裂纹尖端位错成核的经典理论，通过能否激发位错来判断裂纹的扩展模式。根据该理论，BCC难熔金属中的裂纹通常情况下为脆性扩展模式。虽然也有研究者认为室温下位错的激活能会受到影响，BCC难熔金属有可能会出现韧性断裂的预测，但几十年来BCC金属的断裂机制仍然成谜。

鉴于上述研究背景，北京工业大学韩晓东教授、王立华教授团队与浙江大学张泽院士团队、美国佐治亚理工学院朱廷教授团队、清华大学李晓雁教授团队合作，揭示了BCC Mo裂纹扩展的原子机制。他们利用团队原创的原位双倾力学实验装置，在原子尺度原位动态观察了BCC难熔金属裂纹扩展过程，透射电镜实验和分子动力学模拟完美吻合。该工作为设计和开发具有高耐久性和抗断裂性的BCC金属提供了重要参考。同时，作为体心立方金属的典型代表，金属Mo裂纹脆性扩展与塑性扩展交替出现的成功揭示，将对建立更加全面的金属断裂理论提供重要参考。

特别需要指出的是，研究过程中采用的是北京工业大学原创的原子分辨的材料力学实验仪器。截至目前，韩晓东教授团队已经发展出一系列世界原创的基于透射电镜的原子分辨原位科学实验仪器，可实现单场以及多场环境下材料结构演化过程的原子层次观测。

据悉，在此之前，德国于利希研究中心Rafal EDunin-Borkowski教授团队与北京工业大学韩晓东教授团队合作，创造性地将原位Fresnel散焦像、离轴电子全息术与原位双倾拉伸装置相结合，首次实现了应变状态下纳米单晶镍中磁弹性过程中磁畴变化的纳米尺度原位定量化观测。基于循环力学加载过程中磁畴变化的动态观测，展示了拉伸应变状态下磁结构形核、可逆演化的过程，回答了长期困扰该领域的重大基础科学问题。

该研究成果《DirectObservation of Tensile-strain-inducedNanoscale Magnetic Hardening》于近期发表于国际期刊《Nature Communications》。其中，于利希研究中心与北京工业大学理学部联合培养的博士后孔德利为第一作者，于利希研究中心Andras Kovacs博士、北京工业大学材料与制造学部韩晓东教授为通讯作者。