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原位電子顯微鏡每一個設計作品都舉世無雙

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HRTEM原位變形研究:納米孿晶銅的孿晶階錯遷移動力學

日期:2021-07-23

在面心立方結構(FCC)的金屬或合金中,孿晶界可有效阻礙位錯運動,使得高密度納米孿晶的金屬或合金兼具優異的強度和塑性。對于FCC的銅而言,其生長/退火孿晶通常為矩形,并包含豐富的非共格孿晶界(Incoherent Twin Boundaries,ITBs)。而變形孿晶通常具有紡錘形,其界面為階梯形共格孿晶界(Serrated Coherent Twin Boundaries, SCTBs),這種階梯形共格孿晶界由共格孿晶界和孿晶階錯(Twinning Disconnections, TDs)臺階組成。變形孿晶的生長是通過孿晶階錯的運動,而孿晶階錯由一個方向的不全位錯組成,通常只具有一個原子層高度。因此,孿晶界面的結構差異導致了FCC金屬的生長/退火孿晶和變形孿晶從形貌上的明顯差異。大量研究報道了上述孿晶界面的形成機制,但相關界面形成的本質性問題仍需要實驗佐證。

      上海交通大學金屬基復合材料國家重點實驗室劉悅研究員、曾小勤教授和內布拉斯加大學林肯分校王健教授等人采用原位HRTEM納米壓縮技術,在FCC銅的共格孿晶界上施加特定方向的剪切力,研究了納米孿晶銅在原位壓縮過程中界面遷移的過程。分析了特定剪切力作用下孿晶界面的遷移機制,從界面結構和形成機制上解釋生長/退火孿晶和變形孿晶形貌差異的本質原因。研究人員發現:剪切應力作用下誘發的孿晶階錯與生長/退火過程自發產生的ITB結構形成機制不同。在特定方向的剪切力作用下可產生孿晶階錯,孿晶階錯可由于交互行為擴展為兩層原子的孿晶階錯,但兩層原子的孿晶階錯更可能發生分解而不是繼續擴展為ITB結構。相關研究成果以"Migration kinetics of twinning disconnections in nanotwinned Cu: An in situ HRTEM deformation study"為題發表在金屬領域權威期刊《Scripta Materialia》上。上交大博士生李全為第一作者,宋健為第二作者,劉悅研究員和曾小勤教授為通訊作者。

原位鏈接:https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.11.006

原位雙傾樣品桿實驗觀察

Fig.1 文章中研究的FCC銅孿晶的微觀結構

 

原位雙傾樣品桿實驗生產和遷移過程

Fig.2 一層原子孿晶階錯(Twinning Disconnections, TDs)臺階的產生和遷移過程

原位雙傾樣品桿實驗過程

Fig.3 實驗過程

      原位實驗中,FCC銅搭載在澤攸科技PicoFemto原位雙傾樣品桿的載樣端,樣品對面的三維納米機械手可以準確對樣品施加壓力和剪切力。值得一提的是,即使原位加載過程中也可以清晰觀察到樣品的高分辨視頻。

原位雙傾樣品桿

Fig.4 實驗中用到的澤攸科技PicoFemto原位雙傾樣品桿
 

以上就是澤攸科技介紹的納米孿晶銅的孿晶階錯遷移動力學,想要了解更多直接咨18817557412(微信同號)

 

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作者:小攸