應用於極端低溫環境下的金屬材料，必須在具備堅固特性的同時，兼顧極高的強度、韌性與穩定性，方能承受航空航天、綠色能源、超導系統及深空探索等尖端設備的嚴苛考驗。然而，傳統合金置身極低溫環境時，普遍面臨「強度—塑性—韌性」三者難以兼得的困境，容易導致整體性能驟降。儘管金屬在極寒狀態下硬度有所提升，卻往往變得極為脆弱且易於折斷，歷史上著名的鐵達尼號沉沒慘劇便是低溫脆斷的典型例子。長期以來，這種「冷脆性」弱點一直被視為窒礙深海與深空探測技術向前推進的核心技術樽頸。
針對這項長年未解的材料科學難題，理大工業及系統工程學系助理教授陳子斌帶領的研究團隊取得兩項突破性進展。團隊運用創新的納米界面策略，直接調控金屬內部的微觀結構，成功研發出可在 77K（相當於-196°C）極低溫環境下，同時展現超高強度、塑性與韌性的新型金屬材料。此外，研究團隊更將增材製造（3D打印）技術與特製後續處理結合，開創出全新納米結構調控策略。兩項重量級科研成果先後刊登於國際權威期刊《自然‧通訊》（Nature Communications），為日後新一代深海與深空探測裝備提供了兼具卓越性能與量產可行性的材料基石。
為了從根本化解合金的冷脆性弱點，陳子斌團隊首創「負曲率界面」（Negative-Curvature Interface）調控策略。這項構思的靈感源於納米顆粒粗化過程中的能量演化規律，研究團隊深入材料納米層面，在「共格納米沉澱相」表面構建特殊的彎曲結構，藉由改變合金內部納米級微粒的表面形態，使金屬在抵禦龐大外力的同時具備適度變形能力，從而大幅降低突發斷裂的風險。材料受力變形期間會產生眾多細微結構缺陷，進而在合金內部形成層層規律排列的「分級層錯」，大幅強化材料的加工硬化效能與抗損耗能力。研究人員藉助理大配備的先進「像差校正透射電子顯微鏡」及力學性能測試系統，對新型微觀結構的特徵進行了精密觀察與性能評估。
依託上述技術，團隊研製出由鎳、鈷、鉻、鋁及鉭（NiCoCr-AlTa）組成的多主元合金。該合金在液氮極低溫測試中打破了已知低溫合金的多項紀錄，屈服強度約達 1.30 Gpa、極限抗拉強度約 1.80 GPa，拉伸延伸率達到50%，斷裂韌性亦高達約 213 MPa·m¹/²。該合金只需採用傳統的熔煉、軋製與短時效處理即可製造，毋須依賴繁複的新工藝，為日後大規模工業化投產鋪平道路。相關論文題為「負曲率界面賦予合金在77K下高度協同的強度—延展性—韌性」，陳子斌指出，這項策略從材料內部的微小沉澱相著手，實現了由以往被動增強向主動調控受力變形活性因子的轉變，不僅適用於超合金、時效硬化鋼及鋁合金等所有沉澱硬化合金體系，更為工業界開闢了一條具成本效益且可量產的高性能結構材料設計路徑。團隊下一步將集中檢驗工業級尺寸樣本，力爭在未來十年內落實商業化應用。
在另一項題為「分級納米有序結構賦予中熵合金卓越的低溫強度—延展性協同效應」的成果中，研究團隊進一步把3D打印與特定後續處理技術融合，於鎳鈷鉻（NiCoCr）基合金內構建出「分級納米有序結構」。該機制能依序激活各個位錯源，達成協同加工硬化效果，令材料呈現出越受力越強韌的特性。該款中熵合金在液氮環境下同樣刷新極限紀錄，屈服強度約達 2.0 GPa、極限抗拉強度約 2.4 GPa，均勻拉伸延伸率亦達22%。研究團隊正著手驗證工業級大尺寸部件，目標於未來五年內將技術推向市場應用。陳子斌表示，該研究建立了充分釋放材料力學潛能的可行框架，引證結合創新製造方式與傳統工藝能衝破既有製造侷限，同時擴展了3D打印在微觀結構設計領域的應用價值。
陳子斌為2022年理大「青年創新研究者獎」得主，現擔任超精密加工技術全國重點實驗室核心成員，長年專注於研發兼備卓越結構、功能及應用效能的可持續材料，以應對不同工程領域的實際挑戰。他在低合金、低成本且高性能可持續金屬合金，以及應用於儲能和壓電技術的破紀錄鐵電材料領域之研究，均受到國際學術界廣泛關注。
陳子斌教授與團隊首創「負曲率界面」策略，研發出新型金屬材料。圖中顯示負曲率界面納米沉澱相顯著強化新型合金結構。
理大工業及系統工程學系助理教授陳子斌教授帶領的研究團隊首創「負曲率界面」調控策略，成功解決金屬於極低溫環境下的「冷脆性」樽頸。
在另一項研究中，研究團隊在鎳鈷鉻（NiCoCr）基合金構建了「分級納米有序化」策略。圖中展示了該策略下的納米微觀組織特徵。
