子扩散是自然界的一种常见现象，也是材料制备加工过程中调控材料结构性能的基本过程。利用金属的高原子扩散速率可以在较低温度下大幅度调控金属材料的结构和性能，获得良好的综合特性。但是，高扩散速率会使金属材料在高温下结构失稳，导致许多优异性能丧失。如何有效降低金属、合金中的原子扩散，提高在高温下材料结构和性能的稳定性，是制约高性能金属材料发展的重要瓶颈之一。
近期，科技部高技术研究发展中心受托管理的国家重点研发计划“纳米科技”重点专项“新型纳米金属材料的构筑及使役行为研究”项目取得重要研究进展。中科院金属研究所的项目研发团队经过协同攻关，发现高温下受限晶体结构在具有极细晶粒的过饱和铝镁合金中可以有效地抑制原子扩散。通过形成受限晶体这种稳定的结构，随着样品退火温度的增加，由原子扩散控制的纳米晶粒金属间相析出过程、晶粒的生长粗化行为均被有效地抑制到平衡熔化温度区间。在这个温度附近，其表观跨界扩散率相比于无受限晶体结构的铝镁合金样品，降低了约7个数量级。受限晶体为阻止原子在金属和替代合金中的扩散提供了强大的屏障，实现了在熔化温度下比传统合金高得多的稳定性。
该研究成果有望利用受限晶体结构开发出先进的工程合金，并为发展高性能、高热稳定性金属材料开辟一条全新的路径。相关研究成果于2021年8月发表在Science上。
