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缺陷的完美

已有 5599 次阅读 2013-7-27 23:20 |系统分类:论文交流| 纳米晶, 缺陷, 共格孪晶界

缺陷的完美

——铜纳米晶中的共格孪晶界-All about imperfections

纳米晶中的共格孪晶界对材料的强度、韧性等特性具有及其关键的影响，但是在研究这些特性时，往往假设共格孪晶界为一个理想的无缺陷界面。

缺陷二字，对于研究材料力学性能的人可谓再也熟悉不过了，无论何种材料，其本征力学性能一般都会因缺陷的存在而难以被测量出。早在二十世纪初，Griffith就专门研究了缺陷条件下玻璃的断裂韧度，由此开启了断裂力学的大门，其采用的能量释放率的观点至今仍被奉为经典。直至后来的Orowan涉及的塑性能释放率，以及哈佛固体力学大牛Rice的大名鼎鼎的J积分理论，都受到Griffith观点的影响。

随着纳米材料的兴起，“缺陷”二字继续延伸至各种纳米材料，有人通过制备纳米材料获得了其本征强度，有人通过纳米尺度化实现了材料的缺陷大幅降低，也有人在纳米材料中发现了其依然存在缺陷或迥异的变形与破坏机理。有关实验的，尤其是计算的研究结果，蔚为壮观。

纳米晶是提高材料力学性能的一个香饽饽，其中的孪晶更引人注目。假设共格孪晶界为理想界面来研究许多问题，虽然在很多时候可以得到很好的解释，但是若突破这一默认的“理想”假设，顺着“缺陷”的思路，那么共格孪晶界是否存在缺陷呢？在实验和计算上是否可以实现或观察到这种缺陷呢？这种缺陷对纳米晶的性能又有何特殊影响呢？

最近，美国苏伦斯国家实验室的研究人员就突破了“理想”假设的束缚，通过实验和计算，在铜纳米晶的共格孪晶界中发现了扭结状台阶缺陷，这些缺陷包含着非共格孪晶界和位错，进而发现这些缺陷对铜纳米晶的变形机理和力学行为有关键性影响。

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