中國粉體網(wǎng)1月13日訊  近日，中科院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室研究員張廣平帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，通過對(duì)納米尺度金屬薄膜疲勞加載下晶粒長大行為的原子尺度研究，揭示了“孿生輔助納米晶粒長大”的全新物理機(jī)制，相關(guān)論文在線發(fā)表于《自然—通訊》上。

    盡管金屬中的晶界具有阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、強(qiáng)化材料的重要作用，但當(dāng)材料的晶粒尺寸減小到納米尺度時(shí)，晶界變得不穩(wěn)定。那么，納米尺度下晶粒長大/晶界遷移是否與該尺度下的孿晶形成有關(guān)，孿晶形成在晶粒長大過程中扮演怎樣的角色，這些重要的科學(xué)問題尚未澄清。

    張廣平等人發(fā)現(xiàn)，室溫下的疲勞加載導(dǎo)致平均晶粒尺寸為19納米到20納米厚金薄膜中晶粒明顯長大，且發(fā)生孿生的晶粒數(shù)目顯著增加，大多數(shù)長大的晶粒中出現(xiàn)了納米尺度多重孿晶。理論分析表明，疲勞加載下的孿晶形成可以逐漸改變納米晶粒的局部取向，促使晶界分解為若干易遷移片段；隨著疲勞周次的累積，兩晶粒可通過相互納米孿晶的形成以及晶界的不斷分解，逐漸合并長大為一個(gè)晶粒。

    該發(fā)現(xiàn)不僅清楚地揭示了孿晶形成是輔助疲勞加載下納米晶粒長大的一個(gè)有效方式，且闡明了該機(jī)制下納米晶粒的有限長大能夠消耗循環(huán)塑性、減緩因晶粒長大引起的應(yīng)變局部化疲勞損傷形成，從而起到顯著提高超高強(qiáng)度金屬薄膜疲勞抗力的作用。這對(duì)于納米尺度金屬薄膜及納米結(jié)構(gòu)金屬材料的晶界設(shè)計(jì)和界面穩(wěn)定性的利用與調(diào)控，高強(qiáng)與高疲勞可靠性結(jié)構(gòu)金屬材料的發(fā)展具有重要意義。