对于自然界中的生物系统、工程领域的机械装置，比如控制动物快速运动的生物组织、微机电谐振器和驱动器等，弹性机械能的高效储存与释放是至关重要的。近年来，人造肌肉、跳跃机器人、无人机弹射系统的快速发展迫切需要具有高储能密度以及高能量效率的弹性材料。金属材料因具有高强度和优良加工性在弹性储能应用中占据重要地位，常被制成弹簧、发条等，然而其相对较低的弹性储能密度限制了其在设备小型化、集成化趋势下的进一步应用。

针对这一问题，材料学院强度室科研人员提出了一种“双级纳米结构”微观设计策略，旨在形状记忆合金中实现优异的弹性储能。该策略如图1所示，通过构建预存纳米马氏体畴的纳米晶结构，基于无需形核的相变模式和晶界强化效应，同时实现高屈服强度、大弹性应变和低能量耗散。所开发的新型TiNiV形状记忆合金表现出超高弹性储能密度（> 40 MJ/m³）、能量效率（> 94%）以及优异的抗疲劳性。这种通过预先引入“相变种子”降低一级相变过程中的能量耗散，并利用晶粒细化提升材料强度，最终提升材料弹性储能的设计思路，有望拓展至其他相变体系，启发基于固态相变的其他功能特性的进一步优化，比如高介电储能、高效弹热制冷等。

该研究成果以“嵌入纳米马氏体畴的纳米晶合金中的超高弹性储能（Ultrahigh elastic Energy Storage in Nanocrystalline Alloys with Martensite Nanodomains）”为题发表在国际著名学术期刊《先进材料》（Advanced Materials）上。该论文是在孙军院士、丁向东教授、薛德祯教授、周玉美教授的指导下完成的，材料学院博士生党鹏飞为论文第一作者，论文合作者包括物理学院青年教师徐洋洋以及材料学院博士生李程、杨媛超（已毕业）。金属材料强度国家重点实验室为该论文的唯一通讯单位。

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和青年拔尖人才计划等项目的共同资助，所涉及到的测试表征工作得到了分析测试中心的大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202408275