研究透视:Science-Al-Mg 合金-Schwarz 晶体结构抑制过饱和的原子扩散
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金属
材料之所以能够在各种长度尺度上具有良好的结构可调性,主要归功于其结构中较高的原子扩散率。这一特征允许在合成和后续处理过程中通过调整扩散控制过程,从而实现对其结构和性质进行调控的目的。近日,
沈阳材料科学国家研究中心
李秀艳研究员和卢柯院士团队再次在Science上发文,报道了纳米晶材料稳定性,Schwarz晶体可有效抑制具有极细晶粒的过饱和铝镁合金中的原子扩散。通过形成这些稳定的结构,纳米晶粒的扩散控制金属间化合物析出及其粗化被抑制到平衡熔化温度。在平衡熔化温度附近,其表观跨界扩散率降低了大约七个数量级。
通过高压扭转装置在 77 K 静水压力为 10 GPa下使得单相过饱和的Al-Mg合金变形。当施加的应变超过~20 GPa,Al-Mg合金样品在结构上被细化到纳米级,形成了具有随机取向的近似等轴纳米尺寸的晶粒(8 nm,样品命名为 SC-8)。图为所制备的 SC-8 样品的结构表征。
这种最小界面结构,不仅能够使过饱和的Al-Mg合金中的原子表观跨界扩散率降低了大约七个数量级,而且合金结构在高于熔点的温度下保持不变。图为高温下SC-8样品的晶格常数和晶粒尺寸的稳定性。
Schwarz 晶体结构能够约束原子在其静止位置附近振动,而非剧烈振荡,极大地降低了界面原子从其静止位置逃逸的可能性。图为过饱和 Al-Mg 纳米合金退火时的元素分布。
这一研究是延续实验和分子动力学模拟,具有极细晶粒的多晶铜的一种全新亚稳态结构。通过应变将晶粒尺寸减小到几个纳米之后,多晶中的晶界会演化为受孪晶边界网络约束的三维最小界面结构,这种多晶结构又被称为Schwarz晶体。
文献链接:https://science.sciencemag.org/content/373/6555/683.ful
DOI: 10.1126/science.abh0700
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/HoOQMCuxA79JCOdGzQUDhg
本文节选自“高分子科学前沿”。
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