有關(guān)三叉晶界線的研究成果
最近，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心研究員金海軍團(tuán)隊(duì)在電化學(xué)環(huán)境下進(jìn)行原位壓縮實(shí)驗(yàn)，比較納米晶和粗晶納米多孔金屬的力學(xué)行為，成功分離出納米金屬強(qiáng)度的表面—晶界截交線（STJ）效應(yīng)，并確定其開始發(fā)揮作用的臨界尺寸。相關(guān)成果日前發(fā)表于《物理評論快報(bào)》(Physical Review Letters)。
作為兩種面缺陷間的幾何交線，表面—晶界截交線（STJ）是多晶體材料表面上的常見線缺陷。在塊體材料中，位于STJ的原子體積分量極低，其對材料整體強(qiáng)度的貢獻(xiàn)幾乎可以忽略。隨著材料尺寸降低至亞微米甚至納米尺度（如薄膜、納米線等），STJ原子體積分量急劇上升，但這一特殊線缺陷是否以及如何影響材料力學(xué)性能尚無定論。如何將STJ對材料強(qiáng)度的貢獻(xiàn)從表面及晶界效應(yīng)中分離出來也是一個巨大挑戰(zhàn)。
對此，金海軍團(tuán)隊(duì)的研究采用兩種特征樣品：一種是含有大量表面、晶界和STJ的納米晶納米多孔金樣品；另一種是含有大量表面，但晶界與STJ極少的粗晶納米多孔金樣品。由于晶界對電化學(xué)修飾不敏感，通過電化學(xué)控制表面狀態(tài)并觀察其對強(qiáng)度的影響，即可在納米晶納米多孔金中測得“STJ效應(yīng)+表面效應(yīng)”，即STJ與表面對強(qiáng)度的共同作用；作為參照實(shí)驗(yàn)，在粗晶納米多孔金中則可測得“表面效應(yīng)”。
比較“STJ效應(yīng)+表面效應(yīng)”與“表面效應(yīng)”，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)兩者在百納米以上基本重合，而在百納米以下顯著分離。這說明在約100納米以下，STJ開始對材料強(qiáng)度發(fā)揮作用。透射電鏡等實(shí)驗(yàn)表明，STJ有可能作為位錯的優(yōu)先形核位置影響納米材料變形行為與力學(xué)性能。
金海軍介紹，本研究表明STJ以及更廣義上的三叉晶界線并非簡單的面缺陷間幾何交線，而是影響材料性能的重要結(jié)構(gòu)參量。該研究為理解納米金屬力學(xué)行為，實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能的控制與優(yōu)化提供重要信息。
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科技前沿
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焦點(diǎn)事件
通過幾何失配應(yīng)變設(shè)計(jì)和合成納米晶粒｜Science
材料人2021.4.23焦點(diǎn)事件
項(xiàng)目成果
