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西安交大单智伟教授研究团队

在共格孪晶界研究上取得突破性进展

来源:交大新闻网 日期 2017-10-31 09:54 点击:

近日,《Nature Communication》杂志以研究论文形式(Article)刊登了西安交通大学材料学院微纳尺度材料行为研究中心单智伟教授研究团队的研究成果——共格孪晶界在合适加载条件下将发生滑移变形,推翻了此前人们认为共格孪晶界不可以发生滑移的认识,更新了人们对共格孪晶界变形的认知。

共格孪晶界两侧晶粒的取向相对于晶界呈镜面对称,由于界面上的原子完全坐落在两侧晶体的点阵位置上,共格孪晶界是所有晶界中界面能最低,也最稳定的界面。基于长期的实验观察,一些材料学家断定“自然界造就了一类不可能发生滑移的晶界——共格孪晶界”,而这一认知也被材料领域的研究人员所广泛接受。

共格孪晶界滑移的实验观察与分子动力学模拟

但共格孪晶界为什么不能发生滑移呢?带着这一问题,西安交大材料学院微纳中心单智伟教授研究团队与合作者们首先从理论上进行了深度分析和系统研究,结果发现共格孪晶界应该能够发生滑移,其先决条件是加载方向要能使得先导分位错(leading partial dislocation)与拖曳分位错(trialing partial dislocation)的施密特因子的大小相当,并交替形核和运动,作者们进而绘制出了共格孪晶界滑移变形与加载方向之间的关系图,该图可完全预测给定加载方向时共格孪晶界的变形行为。为了验证上述理论的正确性,青年教师王章洁副教授选取纳米孪晶铜为研究对象,借助于聚焦离子束精细加工技术,选取了几组典型位向,制备出能满足共格孪晶界滑移条件的样品,并在透射电子显微镜下通过原位力学测试平台对这些样品进行原位压缩变形。令人兴奋的是,试验结果完美展示了理论预测的实验现象。

该研究成果于近日发表在《Nature Communication》上,研究人员包括西安交通大学微纳中心的王章洁副教授、博士生李尧、博士生黄龙超和单智伟教授,约翰霍普金斯大学博士生李庆杰和马恩教授,中国科学院金属研究所卢磊教授,麻省理工学院道明博士和李巨教授,美国科学院和工程院院士Subra Suresh教授。

著名材料学家美国科学院和工程院院士Subra Suresh教授总结到:“这项工作从理论上和实验上验证了一种重要的只在纳米尺度和某些特殊的界面发生的机械特性,此现象的发现将有可能广泛应用于其他晶体材料,可以指导包含纳米结构材料的新材料设计来优化材料的力学和功能特性。”

美国工程院院士布朗大学高华建教授评论到:“此发现有可能在根本上改变我们对纳米孪晶金属的塑性变形的理解,共格孪晶界是工程化设计具有优越的机械和物理性能(强度、延展性、韧性、导电性和热稳定性)的新型纳米孪晶材料的关键因素,这篇文章揭示了大规模的共格孪晶界滑移,大大推进了人们对这一领域的认识。”

该研究得到了国家自然科学基金(编号:51231005, 51401159, and 51621063)、“973”计划(2012CB619402)和“111”计划(B06025)等项目的共同资助。

附论文链接:http://www.nature.com/articles/s41467-017-01234-8

作者:材料学院
编辑:朱萍萍

 
 
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