【三叉晶界線並非簡單的面缺陷間幾何交線】最近,中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心研究員金海軍團隊在電化學環境下進行原位壓縮實驗,比較納米晶和粗晶納米多孔金屬的力學行為,成功分離出納米金屬強度的表面—晶界截交線(STJ)效應,並確定其開始發揮作用的臨界尺寸。相關成果http://t.cn/A6fvbLIi 日前發表於《物理評論快報》(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,位於STJ的原子體積分量極低,其對材料整體強度的貢獻幾乎可以忽略。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性能尚無定論。如何將STJ對材料強度的貢獻從表面及晶界效應中分離出來也是一個巨大挑戰。

對此,金海軍團隊的研究采用兩種特徵樣品: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。由於晶界對電化學修飾不敏感,通過電化學控制表面狀態並觀察其對強度的影響,即可在納米晶納米多孔金中測得“STJ效應+表面效應”,即STJ與表面對強度的共同作用;作為參照實驗,在粗晶納米多孔金中則可測得“表面效應”。

比較“STJ效應+表面效應”與“表面效應”,研究團隊發現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開始對材料強度發揮作用。透射電鏡等實驗表明,STJ有可能作為位錯的優先形核位置影響納米材料變形行為與力學性能。http://t.cn/A6fvbLIJ

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