陶瓷材料因具备高硬度、耐高温、耐腐蚀以及对多种物理激励的响应特性，在航空航天、电子器件、生物医疗和能源等领域应用广泛。然而，其室温塑性变形能力差，常呈现脆性断裂，极大限制了在力学加载场景下的应用。

长期以来，研究者们试图增强陶瓷韧性，但室温下实现显著塑性变形进展缓慢。位错作为晶体材料中的线缺陷，被视作提升陶瓷塑性的关键因素之一，它不仅能优化陶瓷室温力学性能，还可改善其物理性能。不过，传统烧结制备的陶瓷位错密度低，位错成核需克服高能量壁垒，且多数陶瓷材料中的离子键和共价键不利于位错滑移，致使传统力学加载时易引发裂纹优先扩展而非位错主导的塑性变形。虽有研究表明机械加工预制高密度位错能抑制氧化物陶瓷裂纹形成，但预制位错对陶瓷室温塑性变形的影响机制不明，给微观和宏观层面的性能优化带来挑战。

德国卡尔斯鲁厄理工学院/达姆施塔特工业大学方旭飞研究员团队与南方科技大学机械与能源工程系逯文君研究员团队合作提出创新方案：在室温下采用表面抛磨法预制高密度可动位错（约\(10^{14}m^{-2}\)），攻克位错成核难题。预制位错在后续机械加载时可在材料中滑移与增殖，将表面位错扩展至基体，提升陶瓷塑性变形能力并抑制裂纹产生。研究人员运用扫描透射电镜表征位错形貌与构型，借助双球差校正透射电镜分析研磨引入的位错核结构。通过透射电镜原位压缩试验发现，预制位错经交滑移和位错运动增殖，推动材料塑性变形，实现超\(30\%\)的塑性应变。微柱压缩实验显示，无预制位错样品室温下仅为弹性变形，断裂强度达\(4.5GPa\)且呈脆性断裂；预制位错微柱则有良好塑性变形能力（塑性应变约\(25\%\)），屈服强度降至约\(400MPa\)。

该研究以\(SrTiO_{3}\)单晶为模型材料，证实预制位错可统一其从微纳到宏观尺度的塑性变形行为，且此设计理念可推广至其他钙钛矿陶瓷体系。这一成果突破了陶瓷传统脆性局限，验证了位错在促进交滑移与增殖中的关键作用，为解决陶瓷材料尺寸效应下塑性与裂纹竞争矛盾提供全新思路，有望为陶瓷基电子设备与器件研发开辟新径。

原文来自：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.11.014