疲勞通常指反復施加迴圈載荷（遠小於材料的屈服應力極限）而引起的一種材料弱化過程。 實際服役過程中約90%金屬構件的失效均由疲勞斷裂引起， 其原因是材料在迴圈載入過程中微觀結構不斷變化、遭受嚴重且不可逆轉的累積損傷， 從而導致材料迴圈硬化或軟化直至最終失效。 金屬材料的非穩定迴圈回應及疲勞壽命強烈依賴於其疲勞歷史， 實際複雜迴圈載荷服役條件下金屬構件的疲勞失效和壽命預測更加困難。 因此， 抗疲勞損傷材料發展的重大瓶頸問題就是如何減小或抑制迴圈變形過程中微觀結構局域化和不可逆損傷。
最近， 中國科學院金屬研究所瀋陽材料科學國家（聯合）實驗室研究員盧磊研究組和美國布朗大學教授高華健研究組合作， 在這一領域取得了突破性進展。 他們發現具有晶體學對稱結構的納米孿晶金屬不但具有迴圈穩定回應， 而且疲勞累計損傷非常有限。 這種具有獨特的穩定迴圈回應特徵和有限累計損傷的納米結構為發展抗疲勞損傷的高性能工程金屬材料提供了新思路。
研究人員利用直流電解沉積技術， 成功製備了塊體擇優取向納米孿晶純銅樣品。 通過傳統拉-壓變幅應變控制疲勞實驗， 研究了該樣品的相關迴圈應力回應， 發現在恒定應變幅下， 其應力回應迅速穩定（既不硬化也不軟化）；尤為重要的是，
該成果10月30日線上發表于《自然》雜誌。 該研究獲得科技部國家重大科學研究計畫、國家自然科學基金委國際合作重點項目、中科院前沿科學重點研究專案等的資助。
圖1. 納米孿晶Cu與歷史無關的穩定迴圈回應行為。 在變幅疲勞實驗中, 具有不同孿晶片層和晶粒尺寸的兩類納米孿晶樣品隨塑性應變幅階梯式遞進增加時的迴圈回應曲線(圖a和d)和隨塑性應變幅階梯式遞進減小時的迴圈回應曲線(圖b和e)；圖c和f分別為兩類樣品在不同應變幅時的滯後環。 應變幅恒定時， 應力和應變具有一一對應關係， 迴圈滯後環完全重合。
圖2. 分子動力學計算模擬疲勞試驗過程中納米孿晶片層內形成的高度關聯項鍊狀位錯及穩定孿晶介面。