Plastic yielding in nanocrystalline Pd-Au alloys mimics universal behavior of metallic glasses
研究了固溶体对纳米晶（NC）$\mathrm{Pd}_{\mathrm{100-x}} \mathrm{Au}_{\mathrm{x}}$合金（$0 \leq \mathrm{x} < 50 \mathrm{at.\%}$）力学性能的影响。浓度已被用作控制参数，以在基本不变的微观结构（晶粒尺寸$D\approx 10\mathrm{ nm}$）下调整材料性能（弹性模量、Burgers矢量、堆垛层错能）。与粗晶面心立方合金形成鲜明对比的是，我们观察到固溶体软化增加金含量。从模型和理论的预测，明确考虑到纳米级的微观结构的影响，对浓度依赖的剪切强度已被推翻，无一例外。因此，这意味着位错活动对强度的贡献很小。事实上，我们发现剪切强度和剪切模量之间存在线性相关性，这与Johnson和Samwer [W.L. Johnson和K. Samwer，PRL 95，195501（2005）]。
2016-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Nanocrystalline FeCr alloys synthesised by severe plastic deformation -- a potential material for exchange bias and enhanced magnetostriction
这项工作提供了深入的了解散装纳米晶FeCr材料的加工和表征。研究的FeCr合金由30、50和70原子%组成铁磁性Fe和剩余的反铁磁性Cr通过电弧熔化和随后通过高压扭转的剧烈塑性形变进行处理。元素Fe和Cr之间的物理相似性与变形合金的纳米晶结构相结合，需要先进的变形状态表征技术：原位退火同步加速器X射线衍射测量以及电子显微镜实验与磁致伸缩测量相关联，并揭示单相微观结构。令人惊讶的是，纳米晶FeCr合金在高于500°C退火时保持过饱和固溶体，这意味着FeCr纳米复合材料中的分解被抑制。对于所选择的退火条件下，晶粒生长速度比分解和增强的磁致伸缩值被发现相比，在变形状态下的材料。
2021-10-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Shear shuffling governs plastic flow in nanocrystalline metals: An analysis of thermal activation parameters
对晶粒尺寸为$\leq$ 10 nm的纳米晶PdAu合金进行了应变速率和温度相关的形变研究，得到了剪切激活体积$6b^3$、应变速率敏感性0.03、Helmholtz激活自由能0.9 eV和Gibbs激活自由能0.2 eV。发现金属玻璃的值的密切相似性表明，晶界介导的剪切洗牌占主导地位的可塑性在低端的纳米尺度。更根本的是，我们发现，能量势垒高度表现出普遍的缩放行为$ΔG \propto Δτ^{3/2}$，其中$Δτ$是一个剩余的负载，从而产生了一个推广的Johnson-Samwer $T^{2/3}$的金属玻璃中的屈服标度律。
2014-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emergence of localized plasticity and failure through shear banding during microcompression of a nanocrystalline alloy
微压缩测试用于探测纳米晶合金的单轴应力-应变响应，重点在于探索晶粒尺寸和晶界松弛状态如何影响完整的流动曲线和失效行为。屈服强度，应变硬化，应变失效，和失效模式的纳米晶Ni-W薄膜的平均晶粒尺寸为5，15，和90 nm的研究，使用无锥度的微柱是足够大，以避免外在尺寸效应。观察到强化与晶粒细化，但通过应变局部化的灾难性故障被发现。剪切带被发现会导致失效，类似于金属玻璃的变形。最后，我们研究了晶界状态的影响，采用热处理，放松非平衡边界结构，但离开晶粒尺寸不变。一个显着的强化效果和增加应变局部化后，观察到在更细的晶粒样品松弛。
2014-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Grain-boundary segregation delays the onset of plastic flow in nanocrystalline Fe-18Cr-12Ni
National Institute of Technology Jamshedpur（贾姆谢德布尔国家技术学院）
通过MD/MC模拟发现，纳米晶Fe-18Cr-12Ni中晶界偏析（Ni贫化、Cr富集）延迟塑性流动起始，提高峰值应力，其作用主要发生在早期塑性流动阶段。
2026-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Deformation Induced Complexion Transitions in Nanocrystalline Alloys
研究了纳米晶（NC）$\mathrm {Pd_{90}Au_{10}}$在制备、热松弛和塑性形变后的晶界缺陷。通过比较从原子计算机模拟和量热法的结果，我们表明，增加平衡NC $\mathrm {Pd_{90}Au_{10}}$试样的塑性形变引起的存储GB焓的增加$Δγ$。我们解释这种变化的$Δγ$作为应力诱导的肤色从低能量到高能量GB-核心状态的转变。事实上，GB不仅表现为零维和一维缺陷的源和汇，或作为迁移障碍，后者，但也有能力通过其核心结构的构型变化，因此GB焓存储变形的历史。这种情况可以理解为在非平衡条件下的连续复合转变，这与加载-卸载条件下的滞后效应有关。
2014-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Disordered vs. Short-Range-Ordered Complexions: Consequences for Grain-Boundary-Mediated Plasticity in Nanocrystalline Al-Ni Alloys
The University of Vermont（佛蒙特大学）
通过蒙特卡洛和分子动力学模拟，研究了纳米晶Al-Ni合金中非晶态与短程有序晶界复合相对力学性能的影响，发现非晶复合相通过剪切转变区促进均匀塑性但强度较低，而短程有序复合相导致应力集中和剪切局域化但强度更高。
2026-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale simulations of nanocrystalline metals
纳米晶体金属，即晶粒尺寸在纳米范围内的金属，具有一系列技术上令人感兴趣的性质，包括增加的硬度和屈服强度。我们提出了纳米晶铜的塑性行为的原子尺度模拟。模拟结果表明，主要的变形模式是通过大量的不相关的事件，其中几个原子（或几十个原子）相对于彼此滑动的晶界滑动。在晶粒内部几乎没有位错活动。变形到晶界的局部化导致随着晶粒尺寸的增加而硬化（反向Hall-Petch效应），这意味着对于高于本文所研究的晶粒尺寸的硬度的最大值。我们研究了不同温度，应变速率和孔隙率的影响，并讨论了最近的实验的关系。随着温度的升高，材料在塑性和弹性状态下都变得更软。样品中的孔隙导致材料的软化，这在许多实验中可能是显著的影响。
1999-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Slip competition and rotation suppression in tantalum and copper during dynamic uniaxial compression
当压缩时，由于塑性引起的旋转，金属试样通常会经历其晶体学织构的变化。超快X射线衍射技术使得测量在纳秒时间尺度上动态压缩到行星内部通常遇到的那种压力的目标中的这种旋转成为可能。轴和局部旋转的程度可以提供线索的快速单轴压缩激活的塑性机制的组合，从而提供有价值的信息，在极端的加载条件下操作的基本位错动力学。我们提出了大规模的分子动力学模拟的冲击诱导晶格旋转的三个模型晶体的行为，其特征在于先前在动态压缩实验：钽冲击沿其[101]方向，和铜冲击沿[001]或[111]。我们发现，在所有这三种情况下，由模拟预测的纹理变化是一致的实验测量使用原位X射线衍射。我们发现，虽然钽加载沿[101]和铜加载沿[001]都表现出显着的旋转，由于不对称的多重滑移，沿[111]冲击的铜的取向被预测为稳定的竞争，对称等效滑移系统所产生的相反的旋转。
2022-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the magnetic properties of nanocrystalline Cu-Co alloys prepared by high-pressure torsion and isothermal annealing
在这项研究中，严重的塑性形变高压扭转被用来作为大量的纳米晶磁性CuCo合金的制造方法。通过随后的等温退火，可以获得过饱和固溶体的相分离。的磁性能的处理和退火的材料进行了系统的研究和相关的发展中的纳米结构的详细研究，通过透射电子显微镜和原子探针断层扫描。通过在液氮温度下进行额外的高压扭转变形，可以进一步调节Cu 74 Co 26合金的磁性能。
2018-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Sampling the Cu-Fe-Co phase diagram by severe plastic deformation for enhanced soft magnetic properties
通过高压扭转使Cu、Fe和Co的初始粉末混合物经受剧烈的塑性形变以制备固溶体。广泛的组合物进行了研究，而本研究的目的是合成的软磁材料，因此在形成一个均匀的纳米晶微观结构。对于中等铁磁含量，在室温下高压扭转产生单相过饱和固溶体。对于更高的铁磁含量，在不同温度下的两个连续步骤的高压扭转变形产生所需的纳米晶微观结构。取决于Co与Fe的比率，形成单相过饱和固溶体或纳米复合材料。该复合材料表现出增强的磁矩，表明在严重的塑性形变时形成（Fe，Co）-合金。对于大的Co/Fe比，验证了软磁性能，并且发现这种微结构在高达400 °C时保持稳定。
2021-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Energy storage under high-rate compression of single crystal tantalum
当材料发生塑性变形时，大部分机械功以热的形式耗散，而塑性功转化为热的部分被称为泰勒-昆尼系数（TQC）。大规模的分子动力学模拟进行高应变率压缩的单晶钽，并得到的积分和微分TQC值的报告高达1.0的真实应变。一个唯象模型，提出了存储在材料中的能量作为时间的函数，该能量的渐近极限所定义的变形条件。该模型合理地描述了收敛的TQC值为1.0的塑性应变的增加，但没有直接解决的物理性质的热-机械转换。相反，这是在第二个更详细的模型中开发的，该模型准确地解释了两个不同贡献中的能量存储，一个是不断增长的位错网络，另一个是移动位错留下的点缺陷碎片。点缺陷碎片的贡献被发现落后于位错网络，但在这里考虑的高速率应变条件下是大量的。
2022-08-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Microstructural Changes Influencing the Magnetoresistive Behavior of Bulk Nanocrystalline Materials
采用室温高压扭转的剧烈塑性形变方法制备了中、小铁磁含量的块体纳米晶材料。在形变态材料中发现了巨磁阻效应，通过热处理调整材料的微观结构，可以进一步改善材料的巨磁阻效应。适当的退火温度范围进行了评估与原位同步辐射衍射测量。热处理后的CuCo材料在300 ℃下退火1 h后显示出较大的巨磁电阻，而CuFe材料的退火温度过高，降低了磁电阻性能。通过热处理的磁阻的改善进行了讨论相对于通过电子显微镜和非原位同步辐射衍射测量观察到的微观结构的演变。
2020-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative tracking of grain structure evolution in a nanocrystalline metal during cyclic loading
采用分子动力学模拟对平均晶粒尺寸为5 nm的纳米晶Al的机械诱导结构演化进行了定量研究。多晶样品在不同的温度下循环应变，而最近开发的晶粒跟踪算法被用来测量新的变形机制，如晶粒旋转和晶粒滑动的相对贡献。在循环过程中还跟踪了样品的织构和晶粒尺寸，以显示纳米晶塑性如何重新排列整体晶粒结构并改变晶界网络。虽然在循环过程中没有明显的纹理形成，但负责塑性的过程共同作用以改变界面网络。循环加载导致在整个样品中形成许多孪晶边界以及相邻晶粒的偶尔合并，较高的温度导致更多的演变。观察到一个依赖于温度的循环强化效应，表明纳米晶金属的结构和性能可以在加载过程中动态。
2014-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary complexions and the strength of nanocrystalline metals: Dislocation emission and propagation
已经观察到晶界络合物影响纳米晶金属的机械行为，提高强度和延展性。虽然存在改善延展性的解释，但观察到的对强度的影响仍然无法解释。在这项工作中，我们使用原子模拟探索有序和无序的两个变形机制，这是必不可少的纳米晶塑性，即位错发射和传播的影响。Cu-Zr中的有序和无序晶界复合体都具有过剩自由体积的特征，并通过降低临界发射应力来促进位错发射。或者，这些络合物的特征在于强位错钉扎区域，其增加位错传播所需的流动应力。这种钉扎区域是由在晶粒-络合物界面处的凸缘和溶质原子引起的，并且可能取决于络合物状态以及基质和溶质元素之间的原子尺寸失配。在我们的位错传播模拟中观察到的趋势与现有的实验数据一致，表明位错传播是纳米晶Cu-Zr合金塑性背后的限速机制。
2018-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
In situ high-cycle fatigue reveals the importance of grain boundary structure in nanocrystalline Cu-Zr
纳米晶体金属通常具有高的疲劳强度，但对裂纹扩展的抵抗力低。非晶晶界膜是无序的晶界络合物，其已被证明在单调加载期间通过扩散晶界应变集中来延迟裂纹成核和减缓裂纹扩展，这表明它们也可能有益于疲劳性能。为了探讨这一假设，在原位透射电子显微镜疲劳循环进行Cu-1原子%。Zr薄膜经热处理后，要么只具有有序的晶界，要么含有非晶的晶间膜。只有有序晶界的样品经历了晶粒粗化裂纹萌生，然后由不稳定的裂纹扩展和广泛的nanocracking，而含有非晶间膜的样品没有晶粒粗化裂纹萌生，然后由稳定的裂纹扩展和分布的塑性活动。通过简单的热处理控制这些行为的微结构设计可以允许纳米晶金属疲劳韧性的改善。
2018-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure, mechanical properties and aging behaviour of nanocrystalline copper-beryllium alloy
本文报道了大塑性形变Cu -2wt%Be合金粗晶和纳米晶时效动力学的综合研究。结果表明，粗晶合金时效后，连续形成纳米级的体心立方（bcc，CsCl型）半共格颗粒，其晶体取向关系为{220} Cu // {200} CuBe。这些颗粒产生了显着的内部应力场，并成为位错滑移的障碍，导致硬度从95维氏硬度（HV）的溶解合金到400 HV的老化的变化。剧烈的塑性形变导致形成平均晶粒尺寸为20 nm和HV为390的单相纳米晶组织。结果发现，该晶粒尺寸轻微驱动晶界偏析。纳米晶合金的进一步时效导致沉淀物在原Cu晶界上的不连续形成和亚稳相的跳跃。观察到老化纳米结构合金的最大硬度为466 HV的显著的时效硬化。力学性能测试结果表明，对于粗晶和纳米晶合金，显微组织和进一步时效对合金的强度性能都有很大的影响。纳米结构合金具有良好的热稳定性。CuBe相的硬度值的理论计算。结果表明，Be作为一种轻合金元素，可以直接改变大变形铜合金的显微组织。
2020-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic and experimental study of microstructural evolution in nanocrystalline iron subjected to irradiation
本研究通过分子动力学模拟和X射线衍射实验，探究纳米晶铁在辐照下的微观结构演化，发现晶粒粗化、位错密度降低及辐照诱导退火现象，并揭示晶粒生长符合随机生长机制。
2025-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale modeling of the deformation of nanocrystalline metals
纳米晶体金属，即粒度为5至50纳米的金属，显示出技术上有趣的特性，例如硬度显着增加，并随着粒度的减小而增加。由于晶粒尺寸小，这些材料的塑性形变的直接原子尺度模拟是可能的，因为这样的多晶系统可以用今天可用的计算资源来建模。我们提出了分子动力学模拟的纳米晶铜的晶粒尺寸高达13 nm。两种不同的变形机制是活跃的，一种是通过位错运动的变形，另一种是在晶界上的滑动。在这里研究的晶粒尺寸，后者占主导地位，导致软化的晶粒尺寸减小。这意味着有一个“最佳”晶粒尺寸，在那里硬度最大。由于晶界积极地参与变形，因此研究在晶界中引入杂质原子的影响是有趣的。我们研究了晶界上的银原子如何影响纳米晶铜的力学性能。
1998-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Size-Dependent Tensile Behavior of Nanocrystalline HfNbTaTiZr High-Entropy Alloy: Roles of Solid-Solution and Short-Range Order
本研究通过机器学习加速的分子动力学模拟，揭示了HfNbTaTiZr难熔高熵合金中随机固溶体与化学短程有序对尺寸依赖性拉伸行为及塑性机制的差异化影响，并建立理论模型预测临界晶粒尺寸，为合金纳米结构工程优化提供新见解。
2025-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Deformation and dislocation evolution in body-centered-cubic single- and polycrystal tantalum
提出了一种基于物理信息的连续晶体塑性模型，用于阐明体心立方（bcc）钽的变形机制和位错演化，该钽被广泛用作机械和热极端条件下的关键结构材料。我们表明，我们的统一的结构建模框架通知介观位错动力学模拟能够捕获的显着特征的钽在准静态（10 $^{-3}$ s $^{-1}$）极端应变率（5000 s $^{-1}$），并在室温和更高（873 K）在单晶和多晶水平的大非弹性行为。我们还提出了我们的模型在材料中的微观结构演变的预测能力。为此，我们在单晶水平上研究位错相互作用对滑移活动、不稳定性和应变硬化行为的影响。在此基础上，对多晶钽试样应变过程中的织构演化和位错密度增长进行了非原位测量。数值模拟结果也支持我们的建模框架是能够捕捉的主要特征的多晶行为在广泛的应变，应变速率和温度。在单晶和多晶水平的理论，实验和数值计算结果提供了关键的洞察底层的微观和宏观的响应和它们之间的关系，在这一类重要的耐火体心立方材料进行严重的非弹性变形的物理图片。
2021-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Deformation and adiabatic heating of single crystalline and nanocrystalline Ni micropillars at high strain rates
该研究通过原位微柱压缩实验，探究单晶与纳米晶镍在高应变速率下的变形机制，并利用晶体塑性有限元模拟揭示绝热加热效应，发现纳米晶镍晶界处温升显著。
2025-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Energy evolution in nanocrystalline iron driven by collision cascades
本研究通过分子动力学模拟纳米晶铁的碰撞级联，对比不同制备方法的纳米晶与单晶的辐照行为，发现辐照诱导退火效应及能量演化规律，并建立了相应的解释模型。
2025-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Spatial distribution of local elastic moduli in nanocrystalline metals
本文通过分子动力学模拟研究了纳米晶铜和钽中局部弹性模量的空间分布，发现晶界剪切模量分布宽且与晶粒尺寸无关，晶粒分布随尺寸增大变尖锐，并证明总弹性模量降低主要由晶界原子比例增大引起，可用晶粒与晶界模量的加权平均近似。
2024-05-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Anomalous Plasticity of Body-Centered-Cubic Crystals with Non-Schmid Effect
体心立方（BCC）晶体中的塑性形变在各种长度尺度的工程和制造环境中具有至关重要的意义。大量的实验和原子模拟BCC晶体显示，经典的晶体塑性模型与施密德定律是不足以解释异常塑性形变经常发现在这些晶体。在本文中，我们解决了一个连续力学处理的异常塑性体心立方晶体表现出非施密德效应，灵感来自最近报道的原子模拟。具体而言，异常功能的塑性流动的单晶本构模型，涉及两个非施密特投影张量广泛接受代表非滑移分量的施加应力张量一起解决。此外，一个有代表性的BCC单晶（钽）的建模结果，并在一系列低温下的实验数据进行比较，以提供物理洞察这些晶体中的变形机制与非施密德效应。
2017-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Stress induced martensitic transformation in NiTi at elevated temperatures: martensite variant microstructures, recoverable strains and plastic strains
该研究通过热机械测试与透射电镜微观结构重构，揭示高温下NiTi形状记忆合金功能丧失源于应力诱导马氏体抗塑性变形能力不足，而非奥氏体塑性变形。
2024-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Phase separation of a supersaturated nanocrystalline Cu Co alloy and its influence on thermal stability
研究了一种平均晶粒尺寸约为100 nm的Cu Co过饱和固溶体在非等温和等温退火条件下的热分解行为、组织演变及其对力学性能的影响。纯的细晶粒Cu和Co在退火时表现出大量的晶粒生长，而Cu Co合金在相同的退火温度下是热稳定的。退火后的微观结构进行了研究，通过独立的表征方法，包括扫描电子显微镜，电子能量损失谱和原子探针层析成像。在Cu Co合金的相分离过程中进行相同的机制，但在不同的长度尺度上：细尺度的调幅型分解观察到在晶粒内部，同时具有较大规模的Co和Cu区域形成的晶界区域附近。随后在较高的退火温度下的晶粒生长导致由纯平衡相组成的微观结构。这样的机制可以用于定制纳米结构以优化某些特性。
2016-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Nanocrystalline grain boundary engineering: Increasing $Σ$3 boundary fraction in pure Ni with thermomechanical treatments
晶界网络在决定纳米晶金属的力学性能方面应起主导作用。然而，这些网络很难表征，它们对变形的反应也不完全清楚。本工作中，我们研究了纳米晶镍的晶界网络，并探讨了它是否可以通过塑性形变进行改性。在室温下的机械循环并没有导致结构的演变，但高温循环确实改变了晶界网络。除了机械驱动的晶粒生长，在100 $°$ C下的机械循环导致$Σ$ 3边界增加48%，用透射菊池衍射测定。边界改性的程度是所施加的加载循环次数和测试温度的函数，在更高的温度下，更多的循环导致更特殊的晶界。这里提出的结果表明，在纳米晶材料的晶界工程的路径。
2020-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Processing of nanostructured bulk Fe-Cr alloys by severe plastic deformation
研究了强塑性形变（SPD）处理不同化学成分的铁磁性Fe和反铁磁性Cr二元合金的工艺。虽然在较低温度下的相图表现出很大的差距在结晶平衡，它表明，基于SPD的技术有助于克服常见的加工限制。在这项工作中，包括初始球磨（BM）和电弧熔化（AM）和串联与退火处理之前的高压扭转（HPT）变形的不同的处理路线进行了比较。通过电子显微镜和同步辐射X射线衍射研究变形后的微观结构，发现HPT变形的AM合金具有均匀的纳米晶组织。粉末混合物和BM粉末的HPT变形导致硬度过度增加或$σ$相的异常快速形成，因此阻碍成功的加工。
2021-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Disruption of Thermally-Stable Nanoscale Grain Structures by Strain Localization
最近已经观察到平均晶粒尺寸仅为几纳米的纳米晶体金属通过形成剪切带而失效。在这里，我们研究了这种现象，在纳米晶镍，其晶粒结构稳定掺杂W，特别侧重于了解如何应变局部化驱动的纳米晶粒结构的演变。剪切带开始与微压缩和纳米压痕实验，然后由特定网站的透射电子显微镜来表征的微观结构。晶粒生长和织构的形成内观察到的剪切带，其中有各种各样的厚度。这些演化的区域具有明确的边缘，这排除了局部温度上升作为可能的形成机制。在远离剪切带的区域没有发现结构演化，即使在发生显著塑性形变的位置也没有发现结构演化，表明仅塑性应变不足以引起演化。相反，需要强烈的应变局部化以在热稳定的纳米晶合金中诱导机械驱动的晶粒生长。
2015-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain localization in a nanocrystalline metal: Atomic mechanisms and the effect of testing conditions
采用分子动力学模拟研究了纳米晶金属模型中的应变局部化。这种灾难性的故障的原子机制，首先研究了两个感兴趣的晶粒尺寸。详细的分析表明，在整个样品宽度的应变路径的形成是至关重要的，可以完全通过晶界变形或通过晶界滑动和晶界位错发射的组合来实现。显著的机械诱导晶粒长大也被发现在应变局部化区域内。还强调了测试条件对应变局部化的影响，以了解促进剪切带的条件，并将这些观察结果与金属玻璃行为进行比较。我们观察到，虽然应变局部化发生在低温和缓慢的应变速率，观察到更均匀的塑性流动的转变时，应变速率或温度增加。我们还探讨了外部样品尺寸如何影响应变局部化，但没有发现这里研究的晶粒尺寸和样品尺寸的尺寸效应。
2014-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A cylindrical sintering method for more realistic grain boundaries in nanocrystalline thin films
Institute of Physics of Materials, The Czech Academy of Sciences（材料物理研究所，捷克科学院）；Central European Institute of Technology, Brno University of Technology（中欧技术研究所，布尔诺理工大学）；Charles University, Faculty of Mathematics and Physics（查理大学，数学与物理学院）
本文提出圆柱烧结方法生成具有更宽无序晶界的纳米晶铝薄膜样品，相比Voronoi方法更真实，且力学性能更低，并发现几何与势函数影响独立可加，存在反Hall-Petch关系。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Photoreforming of plastic waste into valuable products and hydrogen using a high-entropy oxynitride with distorted atomic-scale structure
本研究合成了一种具有扭曲原子结构的高熵氮氧化物（HEON）光催化剂，通过改变电子结构缩小带隙并减少电子-空穴复合，显著提升了将PET塑料光重整为H2及有机酸的性能。
2024-12-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Intermetallic particle heterogeneity controls shear localization in high-strength nanostructured Al alloys
采用原位微柱压缩试验研究了Al-Mg-Y和Al-Fe-Y两种纳米晶铝合金的力学行为。这两种合金都通过分级显微结构得到强化，包括晶界偏析、纳米厚的非晶络合物、尺寸为几纳米的碳化物纳米棒沉淀物和亚微米级的金属间化合物颗粒。Al-Mg-Y系统的最大屈服强度被测量为950 MPa，超过Al-Fe-Y系统的最大屈服强度（680 MPa），这主要是由于更多的碳化物纳米棒和更多的无定形络合物的组合。这两种合金的屈服强度远高于商用铝合金，因此具有很大的结构应用潜力。然而，一些微柱试样观察到塑性软化通过剪切带。事后调查显示，金属间的自由变形路径的几个微米的长度负责这种失败。进一步表征显示剪切带内的显著晶粒生长。粗化的晶粒彼此保持相同的取向，指向塑性流动的晶界机制，特别是晶粒旋转和/或晶界迁移。金属间化合物颗粒的存在使得基体和金属间化合物晶粒由于不同的晶格参数和滑移系而难以旋转到相同的取向。因此，我们可以得出这样的结论：均匀分布的金属间化合物颗粒的平均间距小于渗流长度的剪切局部化可以有效地防止剪切带的成熟，提供了一个高强度和稳定的塑性流动的高强度纳米晶铝合金的设计策略。
2022-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Scaling Laws and Deformation Behavior of Nanoporous Tantalum Microparticles
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad Nacional de Cuyo（自然与精确科学学院，门多萨国立大学）；Instituto Sabato, Comisión Nacional de Energía Atómica, Universidad Nacional de General San Martín（萨巴托研究所，阿根廷国家原子能委员会，圣马丁国立大学）；IMDEA Materiales Institute（IMDEA材料研究所）；Department of Materials Science and Engineering, Northwestern University（材料科学与工程系，西北大学）；Comisión Nacional de Energía Atómica, CONICET（阿根廷国家原子能委员会，阿根廷国家科学研究委员会）；Universidad Nacional de General San Martín（圣马丁将军国立大学）
研究通过液态金属脱合金法制备单晶纳米多孔钽微粒，发现其弹性模量和硬度与固体体积分数呈正比，与Gibson-Ashby预测一致，归因于CuBi熔体热力学增强的连接性。
2026-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Ag and Zr solutes on dislocation emission from the Σ11(332)[110] symmetric tilt grain boundary in fcc Cu
溶质的添加通常用于稳定纳米晶体材料以防止晶粒生长。然而，这些溶质在晶界处偏聚，也影响在外加应力下从晶界处的位错成核的过程。使用原子模拟，我们证明了溶质对位错成核的影响强烈地依赖于溶质在晶界处的分布，这可以根据溶质类型而显着变化。特别是，我们的研究结果表明，具有较小的尺寸失配的溶质可以更有效地抑制位错发射从晶界。考虑到位错滑移源于晶界或其三重连接点是塑性形变的主要机制时，晶粒尺寸减小到纳米级，我们强调的重要性，寻找最佳的溶质添加剂，这将稳定的纳米晶材料对晶粒生长，并在同一时间，有效地抑制从晶界的位错成核。
2017-12-20 cond-mat.mtrl-sci
The Universality Class of Nano-Crystal Plasticity: Self-Organization and Localization in Discrete Dislocation Dynamics
尽管晶体和非晶系统中的微观缺陷特征不同，但塑性变形系统中雪崩行为的普适性已被广泛讨论。与无定形系统相反，结晶流动应力在高应变和/或加载速率下显著增加。我们进行模拟的二维离散位错动力学模型，最低限度地捕捉纳米晶变形的现象。在这个模型的背景下，我们证明了在大速率（> 1000/s）下位错塑性的经典速率依赖性，从根本上控制了系统的统计特性，因为它与位错成核竞争：在大速率下，该行为在统计上由“拖曳”移动位错的长程相关性主导。在小速率下，塑性局部化在小体积中占主导地位，并且发生雪崩行为的空间整合。
2018-10-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Martensitic transformation induced by cooling NiTi wire under various tensile stresses: martensite variant microstructure, textures, recoverable strains and plastic strains
该研究探究不同拉应力下冷却纳米晶NiTi丝的马氏体相变行为，明确了应力对马氏体变体结构、织构、可回复应变及塑性应变的调控规律，揭示了外应力下马氏体相变的演化机制与塑性变形来源。
2024-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Low temperature deformation of MoSi$_2$ and the effect of Ta, Nb and Al as alloying elements
二硅化钼（MoSi $_2$）由于其高熔点（2030 °C）、低密度、高导热性和良好的抗氧化性而在高温结构应用中是非常有前途的材料。然而，MoSi $_2$由于其各向异性塑性形变行为和在特定滑移系上的高临界分辨剪切应力而在低于900 °C下具有有限的延展性。用铝、铌或钽微合金化的MoSi $_2$的纳米压痕表明，所有合金元素都会导致硬度降低。表面滑移线的分析表明，<1 1 1>在微合金化MoSi $_2$中的附加{1 1 0}滑移系统的活化，其在纯MoSi $_2$中在低于300 °C下不活化。压痕塑性区的TEM位错分析证实了这一点。进一步的微柱压缩实验比较纯MoSi $_2$和Ta合金化的样品，即使在最脆的[0 0 1]晶体方向上，也能够确定各个滑移系的临界分辨剪切应力。
2019-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Topological changes and deformation mechanisms of nanoporous Ta under compression
本研究通过原子尺度模拟揭示了纳米多孔钽在压缩下的力学性能、变形机制及拓扑变化，发现塑性由位错主导并伴随孪晶与空位形成，且亏格演化与应力-应变各阶段直接相关。
2024-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Void Growth in BCC Metals Simulated with Molecular Dynamics using the Finnis-Sinclair Potential
韧性金属的断裂过程包括孔洞的形核、生长和连接。这一过程既发生在典型的工程应用中所涉及的低速率下，也发生在与动态断裂过程（如破裂）相关的高速率下。本文采用基于Finnis-Sinclair原子间相互作用势的分子动力学（MD）方法，研究了体心立方（bcc）金属V、Nb、Mo、Ta和W在单晶中空穴的高速生长。Finnis-Sinclair势的使用使得能够在室温和应变速率从10^9/s下降到10^6/s以及高达1.28亿个原子的系统下，在原子水平上研究与空穴生长相关的塑性。观察到的原子系统经历了一个过渡，从孪生在这个范围的高端在低端的位错流。我们分析了模拟的具体机制，塑性与空洞生长的位错环冲压出来，以适应日益增长的空洞。我们还分析了在不同应变速率下模拟纳米晶Ta膨胀时空洞的形核和长大过程。我们评论的差异，在体心立方金属与空洞生长的塑性相比，在面心立方（fcc）金属早期的研究。
2009-06-02 cond-mat.mtrl-sci
From metallic glasses to nanocrystals: Molecular dynamics simulations on the crossover from glass-like to grain-boundary-mediated deformation behaviour
纳米晶体金属含有大部分的高能晶界，其可以被认为是玻璃相。因此，随着晶粒尺寸的减小，已经提出了纳米晶体的变形行为与金属玻璃的变形行为的交叉。在这里，我们研究这种交叉使用分子动力学模拟大块玻璃，玻璃-晶体纳米复合材料，纳米晶体的Cu 64 Zr 36与不同的晶体体积分数引起的长时间的热退火。我们发现，晶界相的行为像一个金属玻璃的约束下，邻接的微晶。从类玻璃到晶界介导塑性的转变可分为三个阶段：（1）对于低结晶体积分数，系统类似于玻璃-晶体复合物，塑性流动局限于非晶相;（2）随着结晶体积分数的增加，微晶簇变得拥挤，力学响应主要取决于玻璃晶界的松弛状态;（3）当晶粒尺寸为$\geq$ 10 nm时，系统完全堵塞，禁止纯晶界塑性，而是导致共变形。我们观察到的逆霍尔-佩奇效应，只有在第二政权时，晶界没有深深放松。因此，不同晶界状态的实验结果在此范围内不具有直接可比性。
2018-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Deformation-induced amorphous complexion transitions elevate strength and ductility
UCLouvain（瓦隆天主教大学）；Université Sorbonne Paris Nord（索邦巴黎北大学）；Chimie ParisTech, Institut de Recherche de Chimie Paris（巴黎化学学院，巴黎化学研究院）；Aix-Marseille Université（艾克斯-马赛大学）；NanoMegas SPRL（纳米兆斯有限公司）；WEL Research Institute（WEL研究所）
研究发现塑性变形可在室温下驱动纳米晶CuZr合金的非晶相变，该机制同时将屈服强度、断裂应变和拉伸韧性提升约两倍，为纳米金属损伤容限增强提供了非热路径。
2026-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of ductile failure in a b.c.c. high entropy alloy
研究了含孔洞的体心立方结构HfNbTaZr高熵合金（HEA）的韧性断裂。利用分子动力学模拟，研究了孔洞半径对材料弹性模量和屈服应力的影响。弹性模量与闭孔泡沫中的孔隙率成比例。位错成核的临界应力作为一个功能的空隙半径是非常好的描述后，纯体心立方金属设计的模型，考虑到一个更大的核心半径的HEA。孪晶作为一种互补的变形机制而发生，在大应变时发生一些去孪晶。未发现固-固相变。元素尺寸失配和塑性的共同作用导致了显著的晶格无序。通过将我们的HEA结果与纯钽模拟进行比较，我们表明位错成核的临界应力和由此产生的位错密度远低于纯钽，正如由于化学复杂性而导致的较低能量势垒所预期的那样
2022-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Twin interaction with $Σ$11 tilt grain boundaries in BCC Fe : Formation of new grain boundaries
孪生是纳米晶材料塑性形变的一种重要方式。因此，预期在塑性形变期间，孪晶可与不同的晶界（GB）相互作用。了解这些双GB相互作用是至关重要的，我们了解材料的力学行为。在这项工作中，不同的$Σ$ 11对称和非对称倾斜GB的BCC Fe中的孪晶相互作用进行了分子动力学（MD）模拟。结果表明，孪晶从裂纹或晶界处形核，并与$Σ$ 11个非对称倾斜晶界相互作用，形成新的晶界。该新GB由$<$ 100 $>$ Cottrell型固定位错组成。详细的原子机制，负责这个新的GB形成已被揭示使用原子模拟。有趣的是，在与$Σ$ 11对称倾斜GB的孪晶相互作用的情况下，没有观察到新的GB形成。
2022-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A Novel Mechanism for the Formation of Dislocation Cell Patterns in BCC Metal
本研究针对体心立方金属位错胞形成机制不明的问题，结合实验与离散位错动力学模拟提出新机制，明确了钽中胞壁的形成阶段，并用扩展泰勒硬化模型准确描述流动应力。
2023-05-02 cond-mat.mtrl-sci hep-th
Exchange Bias Demonstrated in Bulk Nanocomposites Processed by High Pressure Torsion
铁磁（Fe或Fe 20 Ni 80）和反铁磁（NiO）相的高压扭转，严重的塑性形变技术，制造散装尺寸的纳米复合材料，并表现出交换偏置，这已被报道主要为双层薄膜。高温下的高压扭转变形被证明是获得均匀的块体纳米复合材料的关键。X射线衍射研究检测到的铁磁和反铁磁相的纳米结晶。此外，通过X射线衍射确定了另外的相，其在高温下通过Fe还原NiO在变形期间形成。根据Fe50NiO50或Fe10Ni40NiO50的初始粉末组成，新相分别为磁铁矿或磁赤铁矿。磁性测量表明，在高压扭转处理散装纳米复合材料的交换偏置。此外，通过应用不同的应变或后处理退火来证明磁参数的定制。应变量与交换偏置之间存在相关性，应变引起的交换偏置增加与纳米复合材料的微观结构细化有关。纳米晶磁赤铁矿被认为是有一个至关重要的影响所观察到的变化，通过施加应变的交换偏置。
2023-01-12 cond-mat.mtrl-sci
