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Nature Materials介绍受限晶体系列进展
 
2021-10-29 | 文章来源:沈阳材料科学国家研究中心        【 】【打印】【關閉

  近年来,金属所沈阳材料科学国家研究中心(“国研中心”)纳米金属材料研究团队(纳米金属科学家工作室)在纳米金属材料稳定性和极限尺寸纳米金属材料方面接连取得了系列突破性研究进展。发现塑性变形法制备的临界晶粒尺寸以下纳米晶金属具有反常优异稳定性现象;在极细多晶Cu中发现一种新型亚稳固态——受限晶体结构(Schwarz crystal);在受限晶体结构铝合金(Al-Mg)中发现高温原子扩散收到显著抑制现象;利用分子动力学模拟揭示受限晶体结构的形成和超高稳定性物理机制等。相关研究成果以Science文章及Physical Review Letters封面文章发表后,受到了广泛的关注报道和探讨。 

  近日,《Nature Materials》News & Views专栏在线发表了著名科学与科普作家、《Nature》杂志顾问编辑Philip Ball的专题文章《Arresting grain boundaries with topology》(利用拓扑结构锁定晶界),介绍了纳米金属材料团队在受限晶体结构方面的重要发现。受限晶体结构(Schwarz crystal)是晶界面受三维有序孪晶网络全方位约束,空间连续贯通并呈现周期性规则排列的极小曲面晶体。文章提到早在十八世纪Leonhard Euler和Joseph Lagrange就对极小面进行了数学研究,而在十九世纪德国数学家Hermann Schwarz发现周期性极小曲面可能组装成具有立方对称性(P-surface)、金刚石对称性(D-surface)或更为复杂的G-surface的三维结构。并进一步介绍纳米金属材料研究团队的研究表明一旦形成Schwarz结构,因为具有最小表面积和平均曲率,晶界网络就“无处可去”,因此在拓扑上是最稳定的;同时三维有序的孪晶界面网络进一步贡献了结构稳定性。Schwarz界面和孪晶界网络的互锁增强了彼此的稳定性:晶粒不会粗化,孪晶界不会迁移。也因此,材料屈服强度接近金属理论值。文章进一步介绍了纳米金属材料研究团队在受限晶体(Schwarz crystal)的形成和抑制原子的高温扩散行为、相析出等方面的研究工作。最后,文章再次强调通过设计类似受限晶体结构的超强晶界结构能够提高材料的稳定性。 

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