電接觸材料是承擔電路通斷控制、導電以及承載作用的關鍵結構-功能一體化材料，其性能直接關系到電力系統與電器設備的安全穩定。銀基電接觸材料具有電導率和熱導率高、接觸電阻小而穩定等優點，廣泛應用于不同電力負荷範圍的電路與電器中。除導電和抗電弧侵蝕外，電接觸材料還需具備優異的力學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，特别是對于導電彈簧等電子器件。然而，銀基塊體金屬材料的彈性應變極限大都不超過0.5%。因此，如何在保證高電導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展的關鍵難題。

借鑒貝殼、骨骼等天然生物材料具有微觀三維互穿結構的特性和優勢，近日，中國科學院金屬研究所劉增乾研究員、張哲峰研究員團隊與國内外科研人員合作，利用銀的強度與鎳钛合金應力誘導馬氏體相變效應之間的耦合作用，将鎳钛合金的高彈性與銀的高電導率相結合，通過設計并構築類似典型生物材料的微觀三維互穿結構，發明了一種兼具高彈性、高電導率和高強度的新型銀-鎳钛塊體電接觸材料。

研究人員利用銀和鎳钛之間超過300℃的熔點差異，采用工業生産電接觸材料中常用的無壓熔滲工藝，将銀熔體浸滲到熱壓燒結的多孔鎳钛骨架中，并通過綜合調控骨架燒結溫度和熔滲溫度，在避免發生界面反應的前提下，實現了銀熔體完全填充骨架，獲得了不含雜質相的緻密銀-鎳钛塊體複合材料。材料中銀和鎳钛兩相各自保持連續，并且在三維空間相互貫穿，兩相界面表現為冶金結合，如圖1a所示。銀基體良好的空間連通性能夠提供連續的電子傳輸通道，賦予材料超過10MS·m-1的高電導率，而連續的鎳钛增強相能夠起到高效的強化作用。在變形過程中，鎳钛相發生應力誘導馬氏體相變，在消耗外加機械能的同時減輕應力集中，而卸載後鎳钛相能夠自發逆相變，引起材料整體産生彈性回複，從而賦予該電接觸材料超過1.7%的大彈性變形能力，是常用塊體導電金屬材料的3倍以上，如圖1b所示。此外，兩相微觀三維互穿與機械互鎖有利于促進二者之間的應力傳遞，避免局部應力集中導緻過早損傷，并且能夠将微觀塑性變形與開裂約束在各自相内部，阻礙損傷演化并貫穿材料引起整體失效，因而進一步提高了電接觸材料的強度和損傷容限，使其表現出約1500MPa和560MPa的抗壓和抗拉強度，與現有銀基電接觸材料相比，在同等電導率前提下，強度約提高一倍，如圖1c所示。彈性、強度與電導率的優異結合使得新型銀-鎳钛電接觸材料有望在電路與電器等領域獲得廣泛應用。

相關研究成果近期發表在Applied Materials Today 29 (2022) 101639，文章第一作者為博士研究生張明陽，通訊作者為劉增乾研究員和張哲峰研究員，并且申請了兩項發明專利（專利号：ZL202110178989.5、ZL202011297088.X）。

圖1高彈性銀-鎳钛電接觸材料的微觀三維互穿結構及其性能與現有材料的比較

（中國日報遼甯記者站）

來源：中國日報網

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