金属的理论强度是指其晶体点阵失稳前所能承受的最大应力。金属材料的实际强度大大低于其理论强度，主要原因在于实际的材料中存在大量的缺陷，而缺陷可以使材料通过局部滑移等方式发生塑性变形，所需外力显著降低。近年来科学家所关注的“越小越强”效应，也就是说微纳尺度金属样品的强度会随着样品尺寸的减小而提高的现象，原因之一就在于小样品中的晶体缺陷更少。即便如此，目前所测的强度值也低于理论强度。尽管纳米压入实验能够测到接近或超过理论强度的应力，但由于纳米压入的应力条件非常复杂，其结论存在争议。
近日，西安交通大学金属材料强度国家重点实验室单智伟教授团队通过实验测定了纯铁的剪切强度，和纯铁理论强度一致。该团队调研发现，球形样品可以有效防止常规方形或圆柱状样品接触面因常见的非完美接触而产生的应力集中问题，从而能有效避免小尺度样品因局部变形而导致的过早屈服。另外，在压应力作用下，球形样品的最大应力位于样品内部而非表面，因此可以有效抑制由于样品表面缺陷成核而导致的塑性屈服。该团队用特殊方法制备了微纳尺度的球形纯铁颗粒，并对其进行原位电子显微学定量的研究。结果表明，当纳米铁球的尺寸小于特定临界尺寸时，其最大压缩接触强度会达到一个应力平台，对应的屈服剪切应力与理论计算的纯铁理想剪切强度一致。
该论文发表在Advanced Materials上。
该研究得到了国家自然科学基金（51231005, 51471128, 11132006 和51321003）和其他科技计划的共同资助。
文章链接： http://dx.doi.org/10.1002/adma.201500377