A first-principles study of Zn induced liquid metal embrittlement at bcc and fcc grain boundaries
本文通过DFT计算研究锌在铁素体和奥氏体晶界的偏析与脆化行为，揭示弹性贡献是首要条件，磁无序提高晶界弱化临界浓度，并指出表面缺陷态能量快速降低是晶界弱化的驱动力。
2024-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Precipitation induced recrystallisation (PIX) in a Ti-Fe-Mo bcc-superalloy driven by lattice misfit
University of Birmingham（伯明翰大学）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；United Kingdom Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）
研究发现，在Ti-Fe-Mo体心立方超合金中，通过晶格错配驱动的沉淀诱导再结晶（PIX）可使晶粒尺寸显著细化。
2026-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Absorption bias: An ideal descriptor for radiation tolerance of nanocrystalline BCC metals
为了评价纳米晶材料的辐射耐受性，采用多尺度模拟方法研究了Fe和W这两种典型体心立方（BCC）金属在均匀辐照下的损伤效应.提出了一种描述不同晶粒尺寸材料耐辐照性能的理想描述子--吸收偏置（晶界对晶界和空位的吸收能力之比）。低吸收偏压通过增强I-V复合并优化调整其与GB吸收的竞争来促进缺陷湮灭。因此，吸收偏压越低，NC BCC金属的抗辐照性能越高。综合考虑力学性能、热稳定性和抗辐射性能，铁基结构材料宜选用纳米晶，钨基等离子体材料宜选用粗晶。这项工作重新评估了NC材料的抗辐射性，从而产生了通过操纵晶粒尺寸来设计核装置结构材料的新策略。
2022-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Directional Anisotropy of Crack Propagation Along $Σ$3 Grain Boundary in BCC Fe
沿着共格孪晶界（CTB）的裂纹扩展行为，即，用分子动力学（MD）模拟方法研究了体心立方铁的$Σ$ 3{112}.在恒应变速率下，在Ⅰ型加载条件下，研究了具有{112} $<$ 110-$>$取向的原子级尖锐裂纹沿CTB的两个相反的$<$ 111 $>$方向的扩展。分别进行了MD模拟与裂纹插入在左侧，右侧和中间的试样模型系统。结果表明，裂纹沿两个相反的$<$ 111 $>$方向不同地扩展。在裂纹插入左侧的情况下，裂纹以延性方式扩展，而在裂纹插入右侧的情况下，裂纹以半脆性方式扩展。沿CTB的裂纹扩展的方向依赖性也证实了应力-应变行为。这种裂纹扩展行为的各向异性归因于{112}面上1/6 $<$ 111 $>$部分位错的孪晶-反孪晶不对称性。
2016-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Stability and magnetic properties of grain boundaries in the inverse Heusler phase Fe$_2$CoGa and in bcc Fe
本文基于第一性原理计算研究了反Heusler相Fe$_2$CoGa晶界的稳定性与磁性质，发现其晶界磁化强度显著高于bcc Fe，主要归因于三元相结构弛豫的高灵活性。
2021-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Volume Contraction at a Grain Boundary in Vanadium
传统观点认为，晶体中晶界处的对称性破坏会引起体积膨胀，并且在任何种类的晶体中，都没有证实晶界处体积收缩的证据。我们报告了令人惊讶的体积收缩在Sigma3（111）钒晶界。发现该晶界附近的晶格畸变将局部结构推向假设的ω相，其仅比bcc相稍微不稳定。将ω相的晶格常数a压缩到bcc的值，如在Sigma3（111）晶界处的情况，导致比bcc结构更小的c，因此体积收缩。我们还发现，这种体积收缩阻碍了Ti和H的偏析，同时增强了Cr的偏析，因此对材料性能产生了显着影响。这一发现增加了凝聚态物质的基本新知识，也可能指向通过体积控制新材料晶界工程的新技术。
2017-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Transmission Across Tilt Low-Angle Grain Boundaries in BCC Fe: The Role of Elastic Interactions
本研究通过分子动力学模拟发现弹性相互作用是体心立方铁中小角度晶界阻碍位错透射的主导因素，建立的解析模型可定量预测位错透射应力，为晶界强化材料设计提供依据。
2025-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Modeling solute-grain boundary interactions in a bcc Ti-Mo alloy using density functional theory
本研究利用密度泛函理论计算了Y、Zr和Nb在bcc Ti-25 at% Mo合金中向S5晶界的偏聚能，发现溶质更倾向于偏聚至Mo位点，且偏聚能趋势主要由弹性相互作用决定，与溶质尺寸成正比。
2025-03-05 cond-mat.mtrl-sci
A comparison of finite element and atomistic modelling of fracture
界面的内聚规律是否足以用内聚带模型模拟多晶体断裂？我们研究这个问题，通过比较一个完全原子模拟的硅多晶有限元模拟具有类似的整体几何形状。在有限元模拟中使用的凝聚力的法律原子地测量。我们详细描述了如何将原子晶界断裂模拟的输出转换为内聚区模型所需的分段线性形式。我们讨论了晶界微观参数（界面的截面的选择，相对于彼此的晶粒的平移，和每个晶格取向的切割平面）上的凝聚力的法律和多晶断裂的影响。我们发现，在较低水平的外部应力的原子模拟断裂，表明在原子模拟断裂的开始可能是由不规则的原子结构在外面，内部边缘，角落，和晶粒的交界处占主导地位。因此，单独的界面的内聚特性可能不足以使用连续方法来模拟多晶体的断裂。
2008-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the Influence of Hydrogen on BCC Iron Grain Boundaries using the Kinetic Activation Relaxation technique (k-ART)
本文利用k-ART方法研究氢对BCC铁中Σ37和Σ3晶界的影响，发现氢在晶界处扩散更慢，且氢饱和晶界会稳定晶界并平滑能量势垒面，为氢相关材料设计提供见解。
2024-07-03 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
Segregation-induced changes in grain boundary cohesion and embrittlement in binary alloys
当溶质在晶界富集并降低其内聚能时，发生晶界脆化。虽然晶界富集通常归因于平衡偏析效应，但大多数脆化模型考虑边界处的脱粘或平衡吸附的能量学，而不是同时考虑两种现象。我们开发了一个模型，在断裂前的平衡偏析的条件下引入溶质后，纯金属的晶界的结合能的变化。一个启发式的晶界凝聚力地图描绘是否一个给定的溶质-溶剂对将表现出削弱或加强晶界。分析有助于澄清，晶界脆化需要一种溶质，既降低了边界的内聚能，并在第一位偏析。该图合理地捕获了已知的金属-金属脆化对。
2015-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Aluminum depletion induced by complex co-segregation of carbon and boron in a Σ 5 [3 1 0] bcc-iron grain boundary
杂质偏聚引起的晶界原子结构和化学性质的局部变化影响着多晶材料的宏观性能。本文采用原子分辨扫描透射电子显微镜、原子探针层析成像和密度泛函理论计算相结合的方法，研究了碳、硼共偏聚对$α-$ Fe- $4~at.~\%$ Al双晶中$Σ5\,(3\,1\,0\,) [0\,0\,1]$倾斜晶界处Al贫化的影响.原子晶界结构单元大多类似于风筝型图案，并且结构出现被原子尺度缺陷破坏。原子探针层析成像显示，碳和硼杂质共偏析到晶界，达到> 1.5at.1%的水平，而铝被局部耗尽约10%。2~at.第一性原理计算表明，碳和硼表现出最强的偏聚倾向，它们与铝的排斥作用促进其从晶界耗尽。还预测硼原子的替位偏聚可能导致风筝型结构单元的局部扭曲。这些结果表明，共偏析和相互作用的间隙杂质与替代溶质强烈影响晶界组成，并与此接口的性能。
2021-01-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Interplay between alloying and tramp element effects on temper embrittlement in bcc iron: DFT and thermodynamic insights
本文利用DFT和热力学模型研究bcc铁中合金元素与杂质对回火脆化的作用，发现As、Sb、Sn偏析显著削弱晶界结合力，而Mo主要通过增强结合力和排斥杂质来缓解脆化。
2024-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field-crystal study of grain boundary premelting and shearing in bcc iron
采用相场晶体（PFC）方法研究了在高同系温度下，在bcc Fe的经典模型中，在整个取向差$0<θ<90^\circ$范围内，$[001]$对称倾斜晶界（GBs）的平衡预熔和非平衡剪切行为.我们表征的依赖性的预熔层的宽度$W$作为温度和取向差的函数，并计算热力学分离势的导数相对于$W$表示晶体-熔体界面之间的结构力由于密度波的空间重叠。分离潜力也计算分子动力学（MD）模拟，定量比较PFC模拟，粗粒度的振幅方程（AE）来自PFC，提供额外的分析见解。我们发现，在一个中间范围内的取向差（$θ_{\rm min}<θ<θ_{\rm max}$）的GB，$W$发散的熔化温度接近从下面，对应于一个纯粹的排斥分离潜力，而在这个范围外的GB（$θ<θ_{\rm min}$或$θ_{\rm max}<θ<90^\circ$），$W$仍然有限的熔点，其值对应于一个浅的吸引力最小的分离潜力。为了响应平行于GB平面的剪切应力，PFC模拟中的GB表现出垂直于该平面的耦合运动，其中耦合因子作为反映两种耦合模式之间的过渡和/或滑动（两种晶粒的剪切）的$θ$的函数的不连续变化。两种耦合模式的耦合因子与以前的理论预测[J. W. Cahn，Y. Mishin，A.铃木，Acta Mater。54，4953（2006）]。
2012-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Force distribution in a scalar model for non-cohesive granular material
我们研究了一个标量晶格模型的静态，非粘性，粒状材料的晶粒间的力量，获得两个主要结果。(i)作为总应变的函数的施加的应力显示出具有非平凡指数的幂律依赖性，其还随系统几何形状而变化。(ii)单个颗粒上的力的概率分布在压缩的所有阶段都呈高斯分布，没有显示指数尾的证据。关于这两个结果，我们确定相关性负责偏离先前提出的理论。
1998-10-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Microstructural features and hydrogen diffusion in bcc FeCr alloys: a comparison between the Kelvin probe- and nanohardness based- methods
本文结合开尔文探针电位氢电极法、热脱附谱和原位纳米压痕，研究FeCr合金中位错、晶界和Cr原子形成的可逆氢陷阱对氢扩散的抑制作用，并验证了基于纳米硬度的扩散系数新方法。
2024-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Capillary-like Fluctuations of a Solid-Liquid Interface in a Non-Cohesive Granular System
非粘性颗粒物质最显著的集体运动之一是在一定条件下的成团。特别地，当单分散非粘性颗粒的准二维单层垂直振动时，当驱动振幅超过临界值时，发生固体-液体样转变。在这里，颗粒聚集的物理机制依赖于由颗粒碰撞介导的强相互作用，而不是颗粒-颗粒cohesion内聚力。平均而言，固体团簇类似于水滴，具有引人注目的圆形形状。我们实验研究了粗粒固液界面的涨落，通过傅立叶空间中的静态和动态关联函数来表征。这些波动被证明是很好地描述了毛细波理论，这使我们能够测量的固体-液体界面表面张力和流动性，一旦颗粒的“热”动能是确定的。尽管该系统是强烈的不平衡，颗粒温度是不均匀的，有能量均分在固液界面，一个相对较大的范围内的角波数。此外，表面张力和迁移率都与考虑特征能量、长度和时间尺度的简单数量级估计一致，这与原子系统的情况非常相似。请在这里找到本文的补充材料：arXiv：1304.2646
2013-04-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Interactions between Coherent Twin Boundaries and Phase Transition of Iron under Dynamic Loading and Unloading
在高压下，许多体心立方金属中经常出现相变和形变孪晶，它们之间的相互作用对于理解这些金属在极端条件下的强化机制具有重要意义。然而，体心立方金属中孪晶之间的相互作用和相变在很大程度上仍然是未知的。本文采用非平衡分子动力学模拟和轻推弹性带方法研究了共格孪晶界与铁的$α\to ε$相变之间的相互作用。研究了孪晶辅助相变和反向相变的机制，发现BCC和HCP相之间的取向关系为<11-1>BCC|| HCP<-12-10>和<1-10>BCC||两<0001>种情况下的HCP。孪晶界对应于相变后。令人惊讶的是，反向跃迁似乎能够“记忆”并恢复最初的BCC双胞胎。在反向相变前的HCP相中发生塑性滑移时，记忆将部分丧失。在恢复的初始体心立方孪晶中，观察到三个主要的孪晶间距，这很好地解释了从HCP相到体心立方孪晶转变的能垒。此外，还讨论了孪晶辅助相变的变量选择规则。本文的研究结果可望为在马氏体相变材料中制备超细晶组织提供一些线索。
2017-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Defects at grain boundaries: A coarse-grained, three-dimensional description by the amplitude expansion of the phase-field crystal model
我们解决了一个三维的，粗粒度的描述旋转晶体之间的晶界位错网络。所谓的振幅扩展的相场晶体模型的开发与有限元方法计算的帮助。这种方法允许描述微观特征，如位错，同时能够描述比晶格间距大几个数量级的长度尺度。此外，它允许通过标量序参量直接描述扩展缺陷。这个框架的多功能性是通过考虑面心立方和体心立方晶格对称性和不同的旋转轴。首先，平面，扭曲晶界的具体情况进行说明。详细的方法报告，并与文献的结果的一致性进行了讨论。然后，位错网络之间的界面处形成的球形，旋转的晶体嵌入在未旋转的晶体结构，示出。虽然明确占位错，导致各向异性收缩的旋转晶粒，球形晶界的延伸被发现随时间线性下降，与经典理论的晶粒生长和最近的原子的调查。结果表明，与体心立方对称性的系统所获得的结果与现有的结果吻合得很好，验证了方法。此外，完全原始的结果显示面心立方晶格对称性，揭示了报告的意见的一般性。
2018-05-28 cond-mat.mtrl-sci
A high-throughput ab initio study of elemental segregation and cohesion at ferritic-iron grain boundaries
该研究利用 DFT 高通量计算评估周期表元素在六种铁素体铁晶界上的偏析能与结合效应，并结合键级方法和 Rice-Wang 理论建立元素图谱。
2025-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary relaxation and reconstruction: effect on local magnetic moment
本文对体心立方铁中$\langle 100 \rangle$对称倾斜晶界的结构和局域磁性进行了详细的数值研究。特别注意晶界弛豫类型和局部磁性之间的连接。第一性原理计算结果表明，晶界重构导致晶界面局部磁矩分布不均匀。这与在晶界平面中观察到简单弛豫的结果相反。结合遗传算法对模拟退火优化技术进行了改进，得到了界面附近较好的原子构型。
2016-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Softening in Metastable bcc CoxMn100-x(001) Ferromagnetic Layers for a Strain-Less Magnetic Tunnel Junction
在自旋电子学中，一个长期存在的问题是为什么MgO基磁性隧道结（MTJ）几乎是在室温（RT）下实现大隧道磁阻（TMR）比的唯一选择，但没有理论预测的那么大。本研究的重点是使用亚稳态bcc CoxMn 100-x铁磁薄膜的几乎无应变MTJ的发展。我们研究了由CoxMn_（100-x）/MgO/CoxMn_（100-x）（x = 66、75、83和86）组成的MTJ的结晶度与它们的TMR比的关系。横截面高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）揭示了这些层的几乎一致的晶格常数（66 < x < 83），同时在室温下保持229%的大TMR比率，证实了在MgO/Co 75 Mn 25界面处具有一些位错的CoxMn 100-x层的软性质。对于x = 86，另一方面，TMR比被发现减少到142%，在RT，这是部分归因于在MgO/Co 86 Mn 14接口和非晶晶粒中确定的MgO屏障的位错的数量增加。从头计算证实了在CoMn的广泛的组成范围内的结晶变形的稳定性，证明了大得多的TMR比的无应变界面的优点。
2020-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Nature of Cr Segregation in FCC to BCC quenched Fe-12Cr Alloy, with Post-Quenching Heat Treatment: A Positron Annihilation Study
UGC-DAE CSR（UGC-DAE 综合科学研究学院）；University Campus, Khandwa Road, Indore-452017, India（印度印多尔坎德瓦路大学校区）；Materials Science Group, Indira Gandhi Center for Atomic Research（印度拉·甘地原子研究中心材料科学组）；Department of Physics, Vishnu Women’s Univeristy（维什努女子大学物理系）
研究利用多种光谱和显微镜方法，探究 Fe-12Cr 合金中 Cr 析出本质，与 Fe-9Cr 合金对比，发现 Cr 析出动力学、尺寸及密度差异，还首次报道了 Fe-(9, 12)Cr 合金无缺陷晶格的正电子寿命。
2026-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Binding Energetics of Substitutional and Interstitial Helium and Di-Helium Defects with Grain Boundary Structure in alpha-Fe
探讨了体心立方α-Fe中He原子与晶界相互作用的形成/结合能和长度尺度。使用了十种不同的低西格玛晶界<100>和<110>对称倾斜晶界系统。在这项工作中，然后，我们计算了1-2 He原子的形成/结合能的替代和间隙的网站（HeV，He 2 V，HeInt，He 2 Int）在所有潜在的晶界网站在15埃的边界（52826模拟总数）。目前的结果为所研究的结构提供了有关1-2个He原子与晶界的相互作用能和长度尺度的详细信息。从目前的研究中出现了一些有趣的新发现。例如，我们发现，体心立方Fe中的Sigma 3（112）孪晶边界具有比其他边界小得多的结合能，这对应于在长时间动力学模拟中间隙He缺陷在纳秒量级的模拟中脱离边界的能力，与其他边界相反。此外，我们发现计算的取代He的形成/结合能（即，单空位中的He）与相同原子位置的间隙He、替代He 2和间隙He 2能量具有良好的相关性（R>0.9）。这种相关性断言，每个站点周围的局部环境强烈影响的He缺陷的能量和高精度的量子力学计算的低阶缺陷可能是一个足够的预测高阶缺陷。目前的工作表明，结合能和形成能的He缺陷是重要的理解物理的He扩散和捕获的晶界，这可能是重要的建模他在多晶钢的相互作用。
2013-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary segregation of light elements and their effects on cohesion in ferritic steels
Max Planck Institute for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）；The University of Sydney（悉尼大学）；BAM Federal Institute for Materials Research and Testing（德国联邦材料研究与测试研究所）
本文通过第一性原理计算研究了轻元素在铁素体钢晶界偏聚对结合力的影响，揭示了不同元素对晶界结合力的增强或削弱作用，并指出需综合考虑间隙和置换位点以准确捕捉偏聚谱。
2026-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of microstructure and mechanical property variations in AlxCoCrFeNi high entropy alloys produced by a high-throughput laser deposition method
21个不同的AlxCoCrFeNi合金快速制备激光合金化等原子CoCrFeNi基板Al粉末，以创建一个合金库，范围为x=0.15-1.32。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、扫描透射电子显微镜和纳米压痕技术研究了晶体结构、微观结构和力学性能的变化。随着Al含量的增加，晶体结构从无序的FCC转变为无序的BCC和有序的B2结构的混合物。虽然BCC/B2形成的开始与先前报道的铸造合金一致，但在激光处理的材料中在较大的Al含量下观察到FCC结构，从而导致更宽的两相区。在这些高Al含量下，FCC相主要局限于BCC/B2晶界。FCC相的纳米压痕模量和硬度随着Al含量的增加而增加，而BCC/B2结构的性能对组成不敏感。激光处理的合金的结构和机械性能与铸造合金的报告结果惊人地一致，证明了将这种高通量方法应用于多组分合金设计的可行性。
2017-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary segregation in UFG alloys processed by severe plastic deformation
用原子探针层析技术研究了剧烈塑性形变（SPD）处理的铝镁合金、碳钢和Armco \trademark Fe的晶界偏聚。在未变形状态下，铝合金的GB是贫Mg的，但在SPD之后，一些局部富集高达20 at.%被发现了在铁基合金中，SPD后沿GB也表现出大的碳浓度。这些实验观察结果归因于特定的结构的GB通常被描述为“非平衡”的超细晶粒材料加工的SPD。讨论并比较了置换型溶质原子（Mg在面心立方Al中）和间隙型溶质原子（C在体心立方Fe中）的晶界偏聚机制。
2012-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and elevated-temperature mechanical properties of refractory AlMo0.5NbTa0.5TiZr High Entropy Alloy fabricated by powder metallurgy
多主元合金系设计是近年来耐火材料领域研究的新方法。然而，大多数研究针对电弧熔炼过程中晶粒粗化的弱点和冷却过程中元素偏析的不均匀组织。本研究旨在利用粉末冶金技术设计并制备高熵合金。采用粉末冶金方法制备了一种成分接近AlMo 0.5NbTa 0.5TiZr的高熵耐热合金。该合金由两个体心立方（BCC）相组成。一个相是无序的体心立方相，富含Mo、Nb和Ta;另一个相是有序的体心立方相，富含Al和Zr。AlMo0.5NbTa0.5TiZr合金的密度为7.46g/cm ~ 3，显微硬度为678 HV。在298 K和1273 K下的压缩屈服强度分别为2466 MPa和964 MPa。概述了该合金的性能以及粉末冶金对合金组织和性能的有益影响。
2017-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Universal correlation between electronic factors and solute-defect interactions in bcc refractory metals
溶质原子与晶体缺陷（如空位、位错和晶界）之间的相互作用在决定固溶体合金的物理、化学和机械性能方面起着至关重要的作用。在这里，我们提出了一个普遍的相关性之间的两个电子因素和溶质-缺陷的相互作用能的二元合金的体心立方（bcc）难熔金属（如W和Ta）与过渡金属替代溶质。一个电子因素是双峰的d-轨道局域态密度的基质原子在取代位点，和其他有关的杂化强度之间的价sp-和d-带相同的基质原子。值得注意的是，相关性是独立的类型的缺陷和替代网站的位置，下面的线性关系，为一个特定的溶质矩阵元素对。我们的研究结果提供了一个新的和定量的指导工程的基础上的电子结构的合金中的溶质-缺陷的相互作用。
2019-01-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Image analysis of polycrystalline solar cells and modeling of intergranular and transgranular cracking
提出了一种新颖的图像分析技术，用于处理真实的太阳能电池图像，识别多晶硅中的晶粒和晶界，并最终生成有限元网格。使用修改后的固有内聚区模型的方法，以避免网格依赖性，非线性有限元模拟显示如何晶界和硅体性能的影响裂纹图案。数值计算结果表明，穿晶裂纹的流行沿晶相似的界面断裂性能的晶粒和晶界，在一般协议与实验观察。
2014-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Phase Field Crystal Study of Symmetric Tilt Grain Boundaries of Iron
本文应用相场晶体模型研究了体心立方铁的三维对称倾斜晶界的结构和能量。模型的参数是用最近发展起来的八阶拟合格式[A. Jaatinen等人，B80，031602（2009）]。由该模型得到的晶界自由能与以往的分子动力学模拟和实验结果吻合较好。
2010-06-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
An Efficient Monte Carlo Algorithm for Determining the Minimum Energy Structures of Metallic Grain Boundaries
在五维晶体相空间中对最小能量晶界（GB）结构进行采样，可以为GB晶体学如何影响各种界面特性提供急需的见解。然而，所涉及的参数的复杂性和数量往往限制了这种探索的范围到一个小的接口。在这篇文章中，我们提出了一个快速的Monte Carlo方案，用于在五维晶体相空间中产生零开尔文，低能GB结构。蒙特卡罗试验移动包括在GB区域中移除和插入原子，这创建了一组不同的GB配置，并导致快速收敛到低能结构。我们已经验证了这种方法的鲁棒性，通过模拟超过1184倾斜，扭曲，和混合字符GB在fcc（铝和镍）和bcc（$α$ -铁）金属系统。
2018-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Spall strength of symmetric tilt grain boundaries in 6H silicon carbide
Purdue University（普渡大学）
本研究针对晶界特征对层裂强度影响不明的问题，通过大规模分子动力学模拟6H-SiC双晶的对称倾斜晶界，发现其层裂强度等受过剩自由体积等微观结构影响，小角度晶界层裂强度更高，并提取了可用于连续介质模拟的内聚模型。
2025-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Atomic structure of grain boundaries in iron modeled using the atomic density function
基于连续原子密度函数（ADF）方法建立了预测铁晶界原子结构的模型。体心立方铁中对称的[100]和[110]倾斜晶界用ADF方法模拟，然后在分子动力学（MD）模拟中松弛。在ADF模型中得到的GB能量曲线的形状很好地再现了70.53度角的特性。[ $Σ$ 3（112）]和129.52度。[ $Σ$ 11（332）]适用于[110]倾斜GB。铁的嵌入原子方法势的MD弛豫结果证实了ADF模型中得到的原子GB组态非常接近平衡组态。所开发的模型提供了良好的本地化的原子位置的各种几何形状的GB。
2014-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Structural and electrical properties of tantalum nitride thin films fabricated by using reactive radio-frequency magnetron sputtering
TaN薄膜是[FeN/TaN]（n）多层膜中的一种有吸引力的中间层和扩散阻挡层，在高密度磁纪录中具有潜在的应用前景。采用反应射频溅射法，在不同的N-2分压下，在5 mAr/N-2气氛下，分别在玻璃和Si衬底上制备了两个系列的TaN薄膜，并对薄膜进行了系统的表征分析。当N2分压从0.0%增加到30%时，薄膜中的相发生了明显的变化，从bcc结构的Ta转变为bcc结构的Ta（N）和六方结构的Ta_2N的混合相，然后依次转变为fcc结构的TaN和TaN与富N相的混合相。这些变化与晶粒形状以及薄膜的择优晶向的变化有关，从bcc Ta [100]到[110]，然后到随机，最后到fcc TaN [111]。在77-295 K范围内，它们还与薄膜电阻率从金属到类超导体行为的变化有关。薄膜呈现典型的多晶织构结构，具有小的结晶畴和不规则的晶粒形状。在薄膜中观察到平行于衬底表面的清晰的优选（111）堆叠，其中嵌入有非晶区。在25%N-2分压下获得了电阻率为6.0m Ω cm、具有[ 111]择优取向的TaN薄膜，可作为[FeN/TaN]（n）多层膜的中间层。
2003-05-30 cond-mat.mtrl-sci
On the Relationship and Distinction Between Atomic Density and Coordination Number in Describing Grain Boundaries
本文指出仅用配位数描述晶界会忽略原子间距非均匀性，提出原子密度场能同时捕捉键缺失与间距变化，并在BCC-Fe晶界中验证其可更全面地描述过剩自由体积、能量和熵，从而为晶界热力学与动力学提供更有效的介观桥梁。
2025-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Quasi-aperiodic grain boundary phases of Σ5 tilt grain boundaries in refractory metals
本文通过严格晶界结构搜索在BCC难熔金属Σ5倾转晶界中预测了新的准非周期分裂风筝相，经DFT验证并解释了此前显微学观测，表明复杂非周期晶界相具有普遍性。
2025-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundary Properties of Elemental Metals
晶界的结构和能量是预测多晶材料性能的基础。在这项工作中，我们使用高通量的密度泛函理论计算工作流程来构建晶界数据库（GBDB），最大的数据库DFT计算晶界属性的日期。该数据库目前包含58种元素金属的327 GB，包括体心立方（bcc）和面心立方（fcc）系统的10种常见扭曲或对称倾斜GB，以及六方密堆积（hcp）系统的$Σ$ 7 [0001]扭曲GB。特别是，我们展示了一种新的规模化结构的模板HT GB计算方法，它降低了计算成本的GB结构的收敛的一个因素的$\sim 3-6$。对以前的实验和计算数据的晶界能和工作的分离进行了严格的验证。使用这个大的GB数据集，我们开发了一个改进的预测模型的基础上的结合能和剪切模量的不同元素的GB能量。开放的GBDB代表了第一原理GB特性可用性的重要一步，我们相信这将有助于指导多晶材料的未来设计。
2019-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Elastically-mediated interactions between grain boundaries and precipitates in two-phase coherent solids
本文用解析和数值方法研究了在失配应变存在下两相共格固体中晶界和第二相沉淀物之间的相互作用。我们的数值研究使用振幅方程描述的成分和应力的相互作用[R。Spatschek和A. Karma，Phys. Rev. B { \bf 81}，214201（2010）]以及分别对应于表现出各向同性和各向异性弹性性质的二维六边形和三维BCC晶体结构的自由能。我们考虑两个实验动机的几何形状，其中（i）层状沉淀物成核沿平面晶界内的沉淀物为中心，和（ii）一个圆形的沉淀物成核内的晶粒在一个有限的距离，最初的平面晶界。对于第一种几何形状，我们发现，晶界变得形态不稳定，由于长期的弹性相互作用之间的晶界和组成域边界，和剪切耦合晶界运动的组合。我们通过扩展最近进行的线性稳定性分析来解析地描述这种不稳定性[P. - A. Geslin，Y. C. Xu，和A. Karma，Phys. Rev. Lett. { \bf 114}，105501（2015）]中描述的弹性各向异性的更一般情况。分析预测，弹性各向异性阻碍，但不抑制不稳定。模拟还表明，在一个发达的非线性政权，这种不稳定性可能会导致小角度晶界的破裂时，失配应变超过一个阈值，取决于晶界取向差。对于第二种几何形状，模拟表明，初始平面晶界和相邻的圆形沉淀物之间的弹性相互作用导致沉淀物迁移到晶界并锚定在晶界处。
2016-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Effects of mechanical stress, chemical potential, and coverage on hydrogen solubility during hydrogen-enhanced decohesion of ferritic steel grain boundaries: A first-principles study
本文通过第一性原理计算研究铁素体钢两类对称倾转晶界中应力、化学势和覆盖度对氢溶解度及氢致脱聚的影响，发现应力可促使氢向更强晶界重新分布，并分析了C、V、Cr、Mn合金元素的作用，为抗氢脆微观结构设计提供依据。
2024-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Analytic model for grain-boundary segregation ener-gies in metal polycrystal
本文针对金属多晶体晶界偏析问题，提出统一塑性应变与键断裂的解析框架，准确预测了不同溶质与基体的偏析能量，揭示了晶界键合特性并为高性能合金设计提供有效工具。
2024-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Grain growth competition and formation of grain boundaries during solidification of hcp alloys
本研究通过相场建模揭示hcp合金定向凝固中晶粒竞争机制与立方晶体相似，温度梯度影响晶界取向选择，实验验证定性一致，为理解六方材料凝固行为提供新见解。
2024-03-14 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
Magnetic APFC modeling and the influence of magneto-structural interactions on grain shrinkage
我们推导出一个相位场晶体（APFC）模型，捕捉磁结构相互作用的基本物理的振幅展开。由于磁化对称性破缺的证明，并提供了BCC晶体的磁各向异性的表征。该模型使晶体结构的一个方便的粗粒度的描述，特别是当考虑的APFC模型与具有不均匀的空间分辨率的数值方法相结合的功能。这是通过解决矩阵内的球形晶粒的收缩，选择作为一个原型系统，以证明不同的磁化的影响。这些模拟作为一个概念的证明，在APFC模型内的铁磁材料中的位错网络和微观结构的操纵建模。
2022-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Nanolamellar Hybrid High-Entropy Alloys with Superior Micromechanical Properties
WPI, International Institute for Carbon-Neutral Energy Research (WPI-I2CNER), Kyushu University（九州大学 碳中性能源研究国际研究所）；Department of Automotive Science, Graduate School of Integrated Frontier Sciences, Kyushu University（九州大学 前沿融合科学研究生院 汽车科学系）；Department of Materials Science and Engineering, Kumamoto University（熊本大学 材料科学与工程系）；Department of Mechanical Engineering, Kyushu University（九州大学 机械工程系）；Univ Rouen Normandie, INSA Rouen Normandie, CNRS, Groupe de Physique des Matériaux, UMR6634（鲁昂诺曼底大学 鲁昂诺曼底国立应用科学学院 法国国家科学研究中心 材料物理小组）；Interdisciplinary Research Center, Liaoning Academy of Materials（辽宁材料研究院 交叉研究中心）
本研究结合两种高熵合金，通过高压扭转制备出层厚约61 nm的BCC/FCC纳米层状混合结构，其强度、硬度优异且保留一定延展性，源于晶界强化、缺陷及相界强化的协同作用。
2026-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Binding of He$_n$V Clusters to $α$-Fe Grain Boundaries
本研究的目的是探讨形成/结合能和长度尺度与He $_n$ V团簇和bcc $α$ -Fe中晶界之间的相互作用。在这项工作中，我们计算了1-8 He原子的形成/结合能的单空位在所有潜在的晶界网站内15个选定的10个晶界（122106模拟总数）。本文的结果提供了有关1- 8 He原子与所研究结构的晶界相互作用能和长度尺度的详细信息。从目前的研究中出现了一些有趣的新发现。首先，$\Sigma3$（112）“孪生”GB对所有He $_n$ V团簇的结合能明显低于本研究中的所有其他边界。对于所有的晶界网站，每个网站上的He $_n$ V的形成和结合能的本地环境周围的效果随着在He $_n$ V集群中的He原子的数目的增加而减小。基于计算的数据集，我们制定了一个模型来捕获的形成和结合能的演变的He $_n$ V集群作为从GB中心的距离的函数，仅利用常数相关的最大结合能和长度尺度。
2014-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Compaction dynamics of a magnetized powder
我们已经研究了实验的影响的颗粒之间的磁相互作用的颗粒堆提交给一系列的水龙头的压实动力学。用于进行这项研究的颗粒材料是金属和玻璃颗粒的混合物。将填料浸入均匀的外部磁场中。该磁场在金属颗粒之间引起相互作用，该相互作用构成可调内聚力。压实的特征时间和渐近包装分数已被测量为键数的函数，键数是内聚磁力和颗粒重量之间的比率。这些测量已经进行了不同分数的金属珠在桩。当堆体仅由金属颗粒组成时，特征压实时间随邦德数的平方根而增加。而渐近填充分数则随着Bond数的倒数而减小。对于混合物，当堆中磁化颗粒的分数增加时，特征时间增加，而渐近堆积分数减小。一个简单的介观模型的基础上形成的颗粒链沿磁场方向提出了解释所观察到的宏观性质的包装。
2009-07-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
The effect of grain boundaries on magnetic exchange interactions in iron
Brno University of Technology（布尔诺理工大学）；AGH University of Krakow（克拉科夫AGH科技大学）；Central European Institute of Technology (CEITEC)（中欧技术研究所）；Normandie Université, UNIROUEN, INSA Rouen, CNRS, GPM（诺曼底大学，鲁昂大学，鲁昂国立应用科学学院，法国国家科学研究中心，GPM实验室）
利用密度泛函理论和蒙特卡洛模拟，研究晶界（尤其是磷偏析）如何改变体心立方铁中的磁交换相互作用，发现晶界导致局部反铁磁耦合，但对全局居里温度影响有限。
2026-06-09 cond-mat.mtrl-sci
The Augmented Potential Method: Multiscale Modeling Toward a Spectral Defect Genome
针对低对称缺陷溶质化学建模成本高的问题，提出结合机器学习势与经典势的增强势多尺度方法，构建了规模更大、精度更高的晶界偏聚数据库，为缺陷基因组研究铺路。
2025-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Low Speed Oblique Impact Behavior On Granular Media Across Gravitational Conditions; The role of cohesion
University of Rochester（罗切斯特大学）
本文通过DEM与DRFT建模研究不同引力条件下内聚力对颗粒介质低速斜撞击行为的影响，发现小引力下内聚力作用更显著，并指出需提出新的无量纲参数和标度律来准确描述内聚力与摩擦阻力的耦合效应。
2025-07-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.space-ph
