納米多孔金屬是脫合金腐蝕過程中自組裝形成的新型納米材料。該材料具有納米尺度孔棱尺寸和巨大比表面積，可制成毫米以上宏觀尺度樣品。納米多孔金屬在催化、感應、驅動、光學、電化學能量存儲與轉換等多個領域具有發展前景，是潛在的輕質、高比強度、力學性能可往復調節的結構-功能一體化新材料。受制于制備方法，當前納米多孔金屬多限于金、鉑、銅、鎳等貴金屬或較重元素金屬體系，其密度高于常規泡沫金屬材料。此外，納米多孔金屬通常熱穩定性較差，在表面過剩自由能的驅動下易發生結構粗化。如何降低納米多孔金屬的密度并提高其穩定性，是發展輕質高強多功能納米多孔金屬材料的關鍵。
近期，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心研究員金海軍團隊在該研究方向上取得進展。科研人員提出在金屬鋁中構筑納米多孔結構，一方面利用輕金屬鋁作為骨架相可降低納米多孔金屬密度，另一方面鋁表面自發形成的極薄氧化膜可抑制表面擴散，提高材料熱穩定性。
科研人員將脫合金腐蝕與置換反應（GRR）相結合，制備出無裂紋的高質量納米多孔鋁樣品。其孔棱直徑約為200納米，孔棱表面覆蓋有自發生成且可自修復的氧化鋁納米殼層（圖1）。該納米氧化膜可阻止材料進一步氧化和自燃，大幅降低表面擴散速率，從而提高納米多孔鋁的熱穩定性。該材料納米多孔結構在接近鋁熔點溫度下仍能保持穩定而不發生顯著結構粗化。由于該材料較好的多孔結構聯結性和優異的承載效率，以及表面氧化膜的強化作用，納米多孔鋁在拉伸和壓縮條件下均表現出高強度。其強度遠高于同等密度傳統泡沫金屬材料。與已報道的納米多孔金屬相比，納米多孔鋁更穩定、密度更低、比強度更高（圖2）。該研究為發展新型輕質高強度材料提供了新思路，也為探索高溫等極限條件下納米多孔金屬功能應用提供參考。
相關研究成果以Light, strong, and stable nanoporous aluminum with native oxide shell為題，發表在Science Advances上。研究工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金的資助。
圖1.納米多孔鋁的結構表征。（A-C）納米多孔鋁孔棱的HAADF-STEM圖像和EDS元素分布圖；（D）納米多孔鋁孔棱的HRTEM圖像；（E，F）氧化鋁層在600°C下退火0.5h前后的準原位TEM圖像。
圖2.納米多孔鋁（Al-Al2O3復合材料）的強度與密度關系圖。
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