专栏名称: 老千和他的朋友们
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Science | 从众多晶粒中脱颖而出的单晶

老千和他的朋友们  · 公众号  · 科学  · 2024-10-16 11:16

主要观点总结

文章介绍了关于多晶体材料的研究,包括晶粒的组成、性能影响、晶界移动和驱动力等。文章指出,Jin等人通过退火方法成功制备出大面积单晶金属箔,实现了巨大晶粒生长,并获得了具有优选面内和面外晶体取向的单晶金属箔。这种转变由表面能最小化驱动,包括晶格旋转和相邻晶粒的消耗过程。

关键观点总结

关键观点1: 多晶体材料的组成和性能

大多数材料由多晶体组成,晶粒尺寸和完整性对材料性能有重要影响。纳米级晶粒材料具有出色的强度和阻尼性能。

关键观点2: 晶界的重要性和移动

晶界是晶体结构中的关键部分,其行为对材料性能有重要影响。在某些情况下,晶界可以移动数厘米的距离。驱动力是晶界移动的关键因素,包括多余自由能、表面能和弹性各向异性等。

关键观点3: Jin等人的研究成果

Jin等人通过退火方法成功制备出大面积单晶金属箔,实现了巨大晶粒生长(最大可达32平方厘米),并获得了具有优选面内和面外晶体取向的单晶金属箔。这种转变是由表面能最小化驱动的,包括晶格旋转和相邻晶粒的消耗过程。该研究为单晶金属箔的工业化生产提供了可能。


文章预览

我们身边的大部分材料 , 无论是天然的 ( 比如岩石 ) 还是人工制造的 ( 比如大多数金属和陶瓷 ) , 都是由许多小晶粒组成的多晶体。这些晶粒的尺寸和完整性在很大程度上决定了材料的性能。例如 , 由纳米级晶粒构成的材料通常具有出色的强度和阻尼性能。然而 , 在某些情况下 , 单晶结构可能能够更好地优化材料性能 。 对于某些高温合金材料 , 如燃气轮机使用的镍基合金 , 晶界是一个关键的薄弱环节。因此 , 人们已经做出了大量努力 , 试图生长出更大尺寸的单晶材料。将常规多晶材料转化为具有粗大晶粒的材料并非易事 , 需要克服许多物理障碍 , 使晶界得以迁移到所需的尺度。事实上 , 即使对于薄膜材料 , 也很难使其晶粒尺寸超过膜厚本身。 然而 ,Jin 等人的研究结果非常令人惊讶 , 因为它证明了 晶界可以在铜和铂等金属箔中移动数厘米的距离 ………………………………

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