近日，《Nature Communication》雜志以研究論文形式（Article）刊登了西安交通大學(xué)材料學(xué)院微納尺度材料行為研究中心單智偉教授研究團(tuán)隊的研究成果——共格孿晶界在合適加載條件下將發(fā)生滑移變形，推翻了此前人們認(rèn)為共格孿晶界不可以發(fā)生滑移的認(rèn)識，更新了人們對共格孿晶界變形的認(rèn)知。

    論文鏈接：

    http://www.nature.com/articles/s41467-017-01234-8

    共格孿晶界兩側(cè)晶粒的取向相對于晶界呈鏡面對稱，由于界面上的原子完全坐落在兩側(cè)晶體的點陣位置上，共格孿晶界是所有晶界中界面能最低，也最穩(wěn)定的界面。基于長期的實驗觀察，一些材料學(xué)家斷定“自然界造就了一類不可能發(fā)生滑移的晶界——共格孿晶界”，而這一認(rèn)知也被材料領(lǐng)域的研究人員所廣泛接受。

    共格孿晶界滑移的實驗觀察與分子動力學(xué)模擬但共格孿晶界為什么不能發(fā)生滑移呢？帶著這一問題，西安交大材料學(xué)院微納中心單智偉教授研究團(tuán)隊與合作者們首先從理論上進(jìn)行了深度分析和系統(tǒng)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)共格孿晶界應(yīng)該能夠發(fā)生滑移，其先決條件是加載方向要能使得先導(dǎo)分位錯（leading partial dislocation）與拖曳分位錯（trialing partial dislocation）的施密特因子的大小相當(dāng)，并交替形核和運動，作者們進(jìn)而繪制出了共格孿晶界滑移變形與加載方向之間的關(guān)系圖，該圖可完全預(yù)測給定加載方向時共格孿晶界的變形行為。

    為了驗證上述理論的正確性，青年教師王章潔副教授選取納米孿晶銅為研究對象，借助于聚焦離子束精細(xì)加工技術(shù)，選取了幾組典型位向，制備出能滿足共格孿晶界滑移條件的樣品，并在透射電子顯微鏡下通過原位力學(xué)測試平臺對這些樣品進(jìn)行原位壓縮變形。令人興奮的是，試驗結(jié)果完美展示了理論預(yù)測的實驗現(xiàn)象。

    該研究成果于近日發(fā)表在《Nature Communication》上，研究人員包括西安交通大學(xué)微納中心的王章潔副教授、博士生李堯、博士生黃龍超和單智偉教授，約翰霍普金斯大學(xué)博士生李慶杰和馬恩教授，中國科學(xué)院金屬研究所盧磊教授，麻省理工學(xué)院道明博士和李巨教授，美國科學(xué)院和工程院院士Subra Suresh教授。

    著名材料學(xué)家美國科學(xué)院和工程院院士Subra Suresh教授總結(jié)到：“這項工作從理論上和實驗上驗證了一種重要的只在納米尺度和某些特殊的界面發(fā)生的機(jī)械特性，此現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)將有可能廣泛應(yīng)用于其他晶體材料，可以指導(dǎo)包含納米結(jié)構(gòu)材料的新材料設(shè)計來優(yōu)化材料的力學(xué)和功能特性。”

    美國工程院院士布朗大學(xué)高華建教授評論到：“此發(fā)現(xiàn)有可能在根本上改變我們對納米孿晶金屬的塑性變形的理解，共格孿晶界是工程化設(shè)計具有優(yōu)越的機(jī)械和物理性能（強(qiáng)度、延展性、韌性、導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性）的新型納米孿晶材料的關(guān)鍵因素，這篇文章揭示了大規(guī)模的共格孿晶界滑移，大大推進(jìn)了人們對這一領(lǐng)域的認(rèn)識。”

    該研究得到了國家自然科學(xué)基金（編號：51231005, 51401159, 51621063）、“973”計劃（2012CB619402）和“111”計劃（B06025）等項目的共同資助。

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