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    我国学者在金属纳米材料晶界迁移研究领域取得新进展

    日期 2019-02-01   来源:工程与材料科学部   作者:郑雁军 邓意达  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(批准号:51771172,51701179,11234011,11327901)等资助下,浙江大学张泽教授、王江伟研究员团队对金属纳米材料晶界的剪切变形行为进行了研究,从原子尺度揭示了在剪切应力作用下的晶界迁移机制。研究成果以“In Situ Atomistic Observation of Disconnection-mediated Grain Boundary Migration” (原位原子尺度观察台阶主导的晶界迁移)为题,于2019年1月11日在Nature Communications(《自然通讯》)杂志上在线发表。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-08031-x。

      晶界迁移(Grain boundary migration)是多晶和纳米晶材料中的一种常见的塑性变形行为,深入研究其作用机制对调控材料的力学性能具有重要的理论意义。然而,受制于现有的实验技术手段,实时观测应力作用下晶界处原子结构的动态演变过程仍然面临着巨大的挑战,极大地限制了人们对于材料塑性变形过程中晶界机制的系统研究和深入理解。

      张泽、王江伟研究团队利用先进的球差校正电子显微镜和原位力-电耦合试验平台突破性地实现了对包含不同晶界的金属纳米材料进行稳定、精确的原位剪切加载和原子尺度的动态观测,直观地揭示了晶界在剪切应力作用下通过晶界台阶(Grain boundary disconnection)的形核、滑移以及台阶间动态交互作用发生大规模迁移的全过程。通过研究不同类型晶界的剪切变形行为,验证了晶界台阶主导晶界迁移的普适性,从原子尺度阐明了晶界迁移过程中晶界台阶和缺陷之间的交互作用机制。研究表明,纳米晶材料的三叉晶界可作为晶界台阶的优先形核位置促进晶界迁移和晶界变形;某些特殊晶界(例如Σ11(113) 共格晶界)在循环剪切过程中可以通过台阶实现往复迁移,从而有效提高金属纳米材料的循环变形能力(如图示)。上述发现丰富和发展了传统的晶界塑性变形理论,为通过晶界结构调控改善金属材料的力学性能提供了新思路。

    图. (a)利用球差校正电子显微镜在原子尺度原位观察剪切应力作用下disconnection主导的晶界往复迁移过程 (b)Disconnection在复杂晶界结构中的三叉晶界形核机制




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