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Nature Materials介紹受限晶體系列進展
 
2021-10-29 | 文章來源:沈陽材料科學國家研究中心        【 】【打印】【關閉

  近年來,金屬所沈陽材料科學國家研究中心(“國研中心”)納米金屬材料研究團隊(納米金屬科學家工作室)在納米金屬材料穩定性和極限尺寸納米金屬材料方面接連取得了系列突破性研究進展。發現塑性變形法制備的臨界晶粒尺寸以下納米晶金屬具有反常優異穩定性現象;在極細多晶Cu中發現一種新型亞穩固態——受限晶體結構(Schwarz crystal);在受限晶體結構鋁合金(Al-Mg)中發現高溫原子擴散收到顯著抑制現象;利用分子動力學模擬揭示受限晶體結構的形成和超高穩定性物理機制等。相關研究成果以Science文章及Physical Review Letters封面文章發表后,受到了廣泛的關注報道和探討。 

  近日,《Nature Materials》News & Views專欄在線發表了著名科學與科普作家、《Nature》雜志顧問編輯Philip Ball的專題文章《Arresting grain boundaries with topology》(利用拓撲結構鎖定晶界),介紹了納米金屬材料團隊在受限晶體結構方面的重要發現。受限晶體結構(Schwarz crystal)是晶界面受三維有序孿晶網絡全方位約束,空間連續貫通并呈現周期性規則排列的極小曲面晶體。文章提到早在十八世紀Leonhard Euler和Joseph Lagrange就對極小面進行了數學研究,而在十九世紀德國數學家Hermann Schwarz發現周期性極小曲面可能組裝成具有立方對稱性(P-surface)、金剛石對稱性(D-surface)或更為復雜的G-surface的三維結構。并進一步介紹納米金屬材料研究團隊的研究表明一旦形成Schwarz結構,因為具有最小表面積和平均曲率,晶界網絡就“無處可去”,因此在拓撲上是最穩定的;同時三維有序的孿晶界面網絡進一步貢獻了結構穩定性。Schwarz界面和孿晶界網絡的互鎖增強了彼此的穩定性:晶粒不會粗化,孿晶界不會遷移。也因此,材料屈服強度接近金屬理論值。文章進一步介紹了納米金屬材料研究團隊在受限晶體(Schwarz crystal)的形成和抑制原子的高溫擴散行為、相析出等方面的研究工作。最后,文章再次強調通過設計類似受限晶體結構的超強晶界結構能夠提高材料的穩定性。 

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