子擴散是自然界的一種常見現象，也是材料制備加工過程中調控材料結構性能的基本過程。利用金屬的高原子擴散速率可以在較低溫度下大幅度調控金屬材料的結構和性能，獲得良好的綜合特性。但是，高擴散速率會使金屬材料在高溫下結構失穩，導致許多優異性能喪失。如何有效降低金屬、合金中的原子擴散，提高在高溫下材料結構和性能的穩定性，是制約高性能金屬材料發展的重要瓶頸之一。

近期，科技部高技術研究發展中心受托管理的國家重點研發計劃“納米科技”重點專項“新型納米金屬材料的構筑及使役行為研究”項目取得重要研究進展。中科院金屬研究所的項目研發團隊經過協同攻關，發現高溫下受限晶體結構在具有極細晶粒的過飽和鋁鎂合金中可以有效地抑制原子擴散。通過形成受限晶體這種穩定的結構，隨著樣品退火溫度的增加，由原子擴散控制的納米晶粒金屬間相析出過程、晶粒的生長粗化行為均被有效地抑制到平衡熔化溫度區間。在這個溫度附近，其表觀跨界擴散率相比于無受限晶體結構的鋁鎂合金樣品，降低了約7個數量級。受限晶體為阻止原子在金屬和替代合金中的擴散提供了強大的屏障，實現了在熔化溫度下比傳統合金高得多的穩定性。

該研究成果有望利用受限晶體結構開發出先進的工程合金，并為發展高性能、高熱穩定性金屬材料開辟一條全新的路徑。相關研究成果于2021年8月發表在Science上。