金屬疲勞，以位錯為代表的缺陷的累積演化為特征，是金屬材料中最危險也最普遍的失效過程。金屬疲勞與我們的生活息息相關(guān)，大到飛機、橋梁的結(jié)構(gòu)件，小到芯片上錯綜復雜的微納電路，這些的金屬材料每天都在服役進程中不斷疲勞老化，經(jīng)受著復雜環(huán)境和極端載荷的考驗。任何金屬結(jié)構(gòu)的突發(fā)性失效都可能帶來嚴重的經(jīng)濟損失并危及人身安全。因此金屬疲勞的早期檢測對于預(yù)防災(zāi)難性事件和保護人類生命至關(guān)重要。然而，迄今為止人們還沒有找到一種可以方便準確的無損檢測微觀金屬疲勞的方法。

TOC: Dr. Electrocat在金屬表面尋找疲勞特征區(qū)域

近日，復旦大學微電子學院孫正宗課題組提出了一種具有時-空分辨率的電催化金屬疲勞無損檢測方法，通過建立電催化二氧化碳還原性能與金屬銅表面位錯缺陷之間的關(guān)系，放大了疲勞金屬中位錯聚集區(qū)域的電化學信號，依靠這個技術(shù)，我們仿佛擁有了一個縮小版的“電催化”醫(yī)生，可以在金屬表面探測微小區(qū)域的位錯聚集，從而在金屬疲勞的早期對其做出準確預(yù)測。通過電催化Mapping實驗，能夠以亞毫米級分辨率實現(xiàn)金屬疲勞的空間可視化，其中在富含Persistent Slip Band結(jié)構(gòu)（PSB）的Cu表面，測得的電流信號比未疲勞金屬高出約16.5倍；同時，在金屬失效之前，C2產(chǎn)物的電流密度增加了78倍，實現(xiàn)金屬疲勞的早期檢測。通過密度泛函理論（DFT）計算進一步闡明了位錯結(jié)構(gòu)與電催化信號之間的構(gòu)效關(guān)系。不僅如此，這種無損的電催化檢測方法還適用于多種常見金屬，包括銅、銀、鐵和鋁。未來有望應(yīng)用于金屬疲勞的快速檢測，提前防范重大安全事故，為制造更加安全的飛機，準確預(yù)測橋梁的壽命提供新的方案。

這一研究成果以“Electrocatalytic Mapping of Metal Fatigue with Persistent Slip Bands”為題發(fā)表于美國化學會雜志JACS。博士生肖太師為第一作者，學院孫正宗教授、化學系徐昕教授和安徽大學葛炳輝教授為該工作的共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金，國家重點研究開發(fā)項目、復旦大學義烏研究院項目和復旦大學-龍星項目的支持。