由于納米孿晶金屬廣泛的工程應用前景,使其成為近15年來重要的研究對象。例如,人們已經證明了納米孿晶銅具有優異的機械性能、良好的熱穩定性和高導電性等。
然而,人們長期以來一直認為納米孿晶金屬具有較弱的抗輻射能力,因為它們主要包含相干孿晶邊界(CTBs),此處為對輻射誘導晶體缺陷無效點。
據悉, 最近,原位研究報道了納米孿晶金屬(如Cu和Ag)也可以表現出前所未有的輻射耐受性,并且在輻射的作用下,孿晶邊界出現了令人出乎意料的自愈現象。雖然這些實驗結果刷新了人們對納米孿晶材料對輻射損傷的緩解的傳統認知,但其背后的原子機理尚不清楚。 ![]() 為了揭示這一新穎且重要的現象,東京大學材料建模實驗室的研究人員進行了長時間的分子動力學模擬來研究孿晶邊界和一些典型的輻射誘發點缺陷之間的動態相互作用。
與以往假設的完整CTBs 來研究其機械和物理性質的模擬模型不同,本研究考慮了包含非共格孿晶界(ITB)區段或同類間隙原子(SIAs)的缺陷的CTBs 結構。
這些結構特征可以更好地反映出材料中CTBs 的真實結構。原子模擬已經清楚地表明了不完美的CTBs結構與孿晶邊界作為輻射誘導缺陷的接收器的能力密切相關,它們可能會影響納米孿晶材料的總體輻射耐受性。
研究人員提出了兩種的納米孿晶金屬吸收輻照誘導點缺陷的自愈可能性機理。在第一個模擬案例中,他們已經證明,雖然完美的CTBs對于吸收SFT是無效的,但是包含ITB 區段的有缺陷的CTBs結構可以提供優先位置和擴散通道來去除它們。
ITB的遷移可以加速點缺陷的吸收過程。第二個模擬案例表明CTBs 優先吸收空位上的 SIAs ,而 SIAs 以位錯-環狀間隙原子簇的形式存在于CTBs上。 CTBs上的SIA簇隨后可以提供有利于晶粒內空位團湮沒的吸收位點。模擬工作為最近的實驗結果提供了很好的解釋,并為耐輻射納米孿晶材料的設計提供了進一步的支持。 |