High-fidelity modeling of interface crossing in the diffusion welding process at the polycrystalline scale
针对扩散焊中晶界穿越界面的问题，本文采用 Level-Set 方法开展多参数二维全场微观结构模拟，并提出、测试和讨论两种穿越测量模型。
2025-07-28 cond-mat.mtrl-sci
A model for the interaction of dislocations with planar defects based on Allen-Cahn type microstructure evolution coupled to strain gradient elasticity
在经典弹性理论中，位错的应力场具有$1/r$型奇异性。当这样的位错被认为是与一个艾伦-卡恩型相场描述的微观结构演化，这导致奇异的驱动力的序参量，导致在非物理（和离散化依赖）的预测之间的相互作用的位错和相，孪晶或晶界。我们引入了一个基于第一应变梯度弹性的框架来正则化位错核。它示出，使用的应变能量密度是二次的梯度的弹性形变的结果在非奇异应力，但可能会导致奇异的驱动力，而应变能，这是二次的梯度的全变形张量，正则化的应力和驱动力的序参量，因此是一个合适的选择。使用一个全面的例子证明了该框架的适用性。
2021-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Correlation between microstructure and magnetotransport in organic semiconductor spin valve structures
我们研究了有机-无机杂化多层膜结中的磁输运。在这些器件中，有机半导体（OSC）Alq $_3$（三（8-羟基喹啉）铝）在铁磁（FM）Co和Fe层之间形成间隔层。Alq $_3$层的厚度为50-150 nm。在4.2 K下，在垂直于平面几何形状的电流中观察到正磁阻（MR），并且这些效应持续到室温。用X射线反射仪、俄歇电子能谱仪和极化中子反射仪（PNR）研究了器件的微观结构。该膜显示出在Alq $_3$和周围FM层之间的界面处具有适度平均化学粗糙度（3-5 nm）的良好限定的层。反射测量表明，较大的MR效应与较小的FM/Alq $_3$界面宽度（化学和磁性）和在Alq $_3$ /Fe界面的磁死层。PNR数据还表明，Co层，这是沉积在顶部的Alq $_3$，采用多畴的磁性结构在低场和一个完美的反平行状态没有得到。所观察到的MR的起源进行了讨论，并归因于自旋相干传输。在80 K下，Alq $_3$中自旋扩散长度的下限估计为$43 \pm 5$ nm。然而，微观结构和磁输运之间的微妙的相关性表明在这些系统中的界面效应的重要性。
2008-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Crystal plasticity analysis of deformation anisotropy of lamellar TiAl alloy: 3D microstructure-based modelling and in-situ micro-compression
详细的微观结构表征和原位微柱压缩耦合晶体塑性有限元模拟（CP-FEM），研究在层状TiAl合金的塑性各向异性的微观机制。在模拟和原位实验中的微观结构的考虑，使微观机制负责的高度各向异性的变形响应的TiAl层内和层间尺度上的深入理解。本文研究了γ/α_2层片组织的两种特殊结构，即γ/α_2界面与加载方向成{25}^o和{55}^o。基于微结构的CP-FEM分析表明，{25}^o微柱中的塑性各向异性主要是由超级位错和普通位错的滑移引起的，而{55}^o微柱中的塑性各向异性主要是由纵向超级位错和纵向孪晶引起的。此外，横向超位错更加活跃，使得{25}^o微柱中的变形比{55}^o微柱中的变形更少局部化。此外，CP-FEM模型成功地预测了γ/α_2界面处大量的内应力，这被认为是对TiAl的塑性有害的。然而，正如所证明的模型，有害的内应力可以显着缓解激活的横向变形孪晶，这表明，TiAl的塑性可以提高通过促进横向孪晶。
2019-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Tuning load redistribution and damage near heterogeneous interfaces
本文研究了异质基底上架构化薄膜的界面失效机制，发现分级微结构能在不牺牲峰值应力和失效比功的前提下，通过弹性相互作用核的淬灭局部各向异性将损伤限制在预设表面并阻止裂纹扩展。
2024-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and Velocity of Field-Driven SOS Interfaces: Analytic Approximations and Numerical Results
本文用解析平均场非线性响应理论研究了具有单自旋翻转Glauber动力学的二维运动Ising铁磁体中固-固界面的局域结构。Rikvold和M. Kolesik，J. Stat. 100，377（2000）]和动态蒙特卡罗模拟。通过分析和模拟，得到了表面中单个台阶高度的概率密度。的概率密度的宽度被发现显着增加与所施加的字段的大小，与理论预测和模拟结果之间的密切协议。理论和模拟之间的良好协议也被发现的场依赖性和各向异性的界面速度。通过仿真得到了最近邻台阶高度的联合分布。它显示出随着场的增加而增加的相关性，类似于在生长表面的其他例子中观察到的偏斜。
2002-04-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
$μ$2mech: a Software Package Combining Microstructure Modeling and Mechanical Property Prediction
本文开发了基于GUI的$μ$2mech软件包，结合相场模拟与有限元分析，实现从ab initio和CALPHAD输入到微观结构演化及力学性能预测的多尺度无缝连接，加速ICME框架下的材料开发。
2023-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the volume-diffusion governed shape-instabilities in metallic systems
任何日常材料的可靠性都取决于其性能。在给定条件下，控制材料行为的一个因素是微观结构。尽管没有任何相变，微观结构的变化将显着改变性能。因此，对微观结构稳定性的实质性理解对于避免材料性能的任何意外灾难性变化至关重要。在目前的工作中，一个这样的数值方法称为相场建模，用于分析的稳定性的二维和三维的有限结构，这决定了曲率驱动的演变的微观结构。这种数值方法的一个特点是引入了标量变量，称为相场，除了其他热力学变量。虽然相位场的包含避免了对界面跟踪的需要，这是其他常规技术的费力方面，但它用有限的扩散区域代替了尖锐的界面。因此，在采用和扩展相场技术，它表明，该模型恢复的统治法律，即吉布斯-汤姆逊关系，尽管扩散界面的引入。随后，采用数值处理研究体积扩散控制的曲率诱导相变。
2019-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Mapping of Microstructure Transitions during Rapid Alloy Solidification Using Bayesian-Guided Phase-Field Simulations
本研究结合高保真相场模拟与贝叶斯主动学习方法，绘制Fe-Cr合金快速凝固中微观组织转变图谱，验证经典KGT模型的预测准确性并发现低G下的中间型微观组织，为合金工艺参数设计提供计算工具。
2025-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and interface studies of LaVO3/SrVO3 superlattices
用透射电子显微镜（TEM）研究了（100）-SrTiO 3（STO）衬底上沉积的（LaVO 3）6 m（SrVO 3）m超晶格的结构和界面特性。横截面TEM研究表明，LaVO 3（LVO）和SrVO 3（SVO）层是良好的单晶质量和相对于衬底外延生长。它证明，LVO层是由两个取向的变形钙钛矿兼容的散装LaVO 3的变体，而SVO层遭受由于基板诱导的应变从tetraquinone失真。电子能量损失谱（EELS）的调查表明，在V L23边缘的精细结构的变化，有关的LaVO 3和SrVO 3层之间的价态变化。
2010-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Microstructure and velocity of field-driven Ising interfaces moving under a soft stochastic dynamic
我们目前的理论和动态蒙特卡罗模拟结果的迁移率和微观结构的1+1维伊辛界面远离平衡移动在一个单一的自旋翻转"软“随机动力学下的应用领域。软动力学的特点是由场能和相互作用能的变化的影响在过渡率的因式分解的属性，在传统的Glauber和大都会率（“硬”动力学）的nonfactorizing性质相反。这一工作扩展了我们以前对具有硬动力学的伊辛模型和具有软硬动力学的无约束SOS模型的研究。[P.A. Rikvold和M. Kolesik，J. Stat. 100，377（2000）; J.Phys.A35，L117（2002）; Phys.Rev.E66，066116（2002）]。具有软动力学的伊辛模型与具有相同动力学的SOS模型具有非常相似的性质。特别是，局部界面宽度不发散与增加的领域，因为它没有硬动力学。在非零场的界面的偏斜是非常弱的，并与硬动力学得到的相反的符号。
2003-02-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Effect of lattice mismatch-induced strains on coupled diffusive and displacive phase transformations
用相场方法研究了既能发生慢扩散相变又能发生快位移相变的材料。该模型捕捉的时间-温度-转变（TTT）图，连续冷却转变（CCT）图，和这些合金的显微组织形成的基本特征。在某些材料系统中，可能存在与这些转变相关的固有体积变化。我们发现，这些一致性应变可以稳定混合微观结构（如保留的珠光体-马氏体和珠光体-马氏体混合物）之间的相互作用扩散和位移机制，这可以改变TTT和CCT图。根据条件的不同，这两种相可以竞争成核或合作成核。该模型还表明，体积变化的微小差异可能对马氏体形成的早期阶段和所得的显微组织产生明显的影响。--长版cond-mat/0605577 --关键词：Ginzburg-Landau，马氏体，珠光体，调幅分解，形状记忆，显微组织，TTT图，CCT图，弹性相容性
2006-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Emergence of rapid solidification microstructure in additive manufacturing of a Magnesium alloy
本研究结合先进表征与相场建模，揭示了镁稀土合金激光粉末床熔融过程中由快速凝固引发的振荡带状微观结构，为定制兼具几何适配与局部性能优化的生物可降解骨科植入物开辟新途径。
2024-04-24 cond-mat.mtrl-sci
A Nanomechanical Testing Framework Yielding Front&Rear-Sided, High-Resolution, Microstructure-Correlated SEM-DIC Strain Fields
具有改进的机械性能的新型多相合金的持续开发需要对纳米级变形机制进行定量的微观结构分辨观察，例如，多相界面这就需要一种超越先进测试方法的组合方法，如对散装材料进行微尺度应变测绘和对单个晶粒进行微米级变形测试。我们提出了一个纳米机械测试框架，该框架经过精心设计，集成了几种最先进的测试和表征方法：（i）对精心挑选和隔离的多相样品进行定义明确的纳米拉伸测试，（ii）通过最近开发的InSn纳米DIC散斑图案，结合前后侧原位SEM-DIC测试的前后侧SEM-EBSD微观结构表征，（iii）通过应用SEM扫描伪影校正和DIC去卷积来辅助优化DIC应变映射，以提高空间分辨率，（iv）新颖的微结构-应变对准框架，以提供前侧和后侧、纳米级、微结构分辨的应变场，以及（v）变形配置中的微结构、应变和SEM-BSE损伤图的直接比较。在一个微米级的双相钢试样上的演示，包含一个不相容的铁素体-马氏体界面，展示了如何解开纳米级的变形机制。离散的板条边界对齐的马氏体应变局部化过渡到扩散铁素体塑性的界面，揭示了纳米级的正面和背面的微观结构应变对齐和DIC相关性的优化。所提出的框架产生了前后对齐的微观结构和应变场，提供了变形的3D解释，并为先进的多相模拟的前所未有的验证提供了新的机会。
2022-08-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Energy and morphology of martensite-twinned martensite interface in CuAlNi shape memory alloy: a phase-field study
本研究采用相场方法模拟CuAlNi合金中马氏体-孪晶马氏体界面的过渡层形态，分析界面能和弹性微应变能，发现孪晶间距影响形态，特定孪晶体积分数引发孪晶分叉以最小化自由能。
2023-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure evolution and heterogeneous nucleation in ternary Al-Cu-Ni alloys
采用多相场模型对三元Al-Cu-Ni合金的凝固过程进行了模拟，结果表明，通过耦合各相的真实热力学参数和演化方程，可以得到真实的微观组织。对模型函数的各个界面的稳定性要求保证了在$n$维相场空间中不存在“鬼”相。特别构造的热噪声项干扰了稳定性，并可根据能量和浓度条件产生产物相的异相成核。特别感兴趣的是，在三相点中，第四相的成核发生而没有额外的噪声。另一个观察结果是在各种合金中的共晶状或包晶状结构的生长。
2013-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Elastoplastic model for the dynamics of solid-solid transformations : role of non-affine deformation in microstructure selection
利用分子动力学（MD）模拟研究了一个模型固态相变的形核动力学和微结构选择的判据。我们的模拟显示了一系列的微观结构取决于淬火的深度。我们密切关注固体的动力学，并发现瞬态{ \em非仿射区}（NAZ）的创建和发展与快速移动的转换前。这些塑性区的动力学决定了微观结构的选择。我们制定了一个{ \it弹塑性模型}耦合的弹性应变的非仿射变形，并恢复所有的定性特征的MD模拟。使用这个模型，我们构建了一个动态相图的微观结构选择，除了作出明确的可测试的预测。
2008-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Modeling and Reconstructing Complex Heterogeneous Materials From Lower-Order Spatial Correlation Functions Encoding Topological and Interface Statistics
非均质材料的多功能物理性质与其复杂的微观结构密切相关，可以使用包含材料相的关键结构特征的各种空间关联函数对其进行统计表征和建模。一个重要的相关问题是从包含在关联函数中的有限形态信息逆重建材料的微结构。在这里，我们详细介绍了一种广义格点（GLP）方法的基础上的格子气模型的非均匀材料，有效地计算一个特定的关联函数通过更新相应的功能与略有不同的微观结构。这允许人们将迄今为止使用的最广泛的低阶关联函数（包括编码拓扑连通性信息和界面统计的那些）并入Yeong-Torquato随机重建过程中，并且因此使得人们能够获得虚拟材料微结构的更精确的再现，以确定各种关联函数的信息内容，并为感兴趣的材料选择最敏感的微观结构描述符。我们的GLP方法的效用说明了建模和重建广泛的随机异质材料，包括“集群”RSA磁盘，金属陶瓷复合材料，枫丹白露砂岩和二进制激光散斑图案的二维切片，以及其他例子。
2019-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Microstructure evolution during rapid solidification of hypoeutectic Al-Ag alloys near absolute stability
Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）；Northeastern University（东北大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
研究通过动态透射电子显微镜和相场模拟探讨了亚共晶Al-Ag合金在接近绝对稳定性极限时的微观结构演变，揭示了生长速率与绝对稳定性极限的关系，并通过实验验证了预测结果。
2026-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Effect of non-linear interface kinetics on coarsening phenomena
粗化动力学通常使用下面的界面迁移（IM）速率的线性梯度近似来描述，其中界面处的迁移通量随驱动力线性变化。最近的实验研究表明，与传统的抛物线粗化动力学相比，纳米晶界面微结构的粗化出乎意料地稳定。在这里，我们表明，在早期粗化的这些微结构，IM率可以开发一个非线性的驱动力，平均界面曲率的依赖。我们推导了粗化动力学的修正平均场定律。单个晶界的分子动力学模拟揭示了IM速率的次线性曲率依赖性，表明在多晶金属中观察到的缓慢粗化动力学的内在起源。
2007-04-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Microstructure of epitaxial strained BiCrO3 thin films
用X射线衍射和透射电镜研究了室温下全应变BiCrO_3薄膜的结构和显微结构。有趣的是，三种结构变体同时稳定在膜内。虽然它们中的TXO与本体中的现有相一致-低于和高于420 K结构转变，但确定了不同的相。各种结构的存在已被归因于局部应变和氧的不均匀分布所产生的应变能在界面处的最小化。这些发现将为更好地理解Bi基钙钛矿和亚稳相开辟道路。
2010-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Vertex and front-tracking methods for the modeling of microstructure evolution at the solid state: a brief review
本文简要综述了介观尺度微观组织演化建模中的顶点法和前沿追踪法，重点介绍其显式界面表示、拉格朗日运动增强分辨率及在界面相关物理机制中的优势，并讨论了三维拓扑事件挑战及近期在计算效率和晶粒内现象应用方面的进展。
2025-10-21 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Microstructure Design of Low-Melting-Point Alloy (LMPA)/ Polymer Composites for Dynamic Dry Adhesion Tuning in Soft Gripping
可调干粘附是柔顺操作的关键机制。夹持力主要来源于粘合剂复合材料和待夹持物体之间的范德华力，可以通过可逆地改变物理性质（例如，通过外部刺激改变复合材料的刚度）。最大夹持力Fmax及其可调性取决于夹持界面上的应力分布及其断裂动力学（在分离期间）等因素，而这些因素又由复合材料的微观结构决定。在这里，我们提出了一个计算框架的建模和设计的一类二元智能复合材料包含一个多孔的低熔点合金（LMPA）相和聚合物相，以实现理想的动态可调干粘附。特别是，我们采用空间关联函数来量化，建模和表示复杂的双连续的复合材料的微观结构，从现实的虚拟三维复合材料微观结构可以使用随机优化产生广泛的频谱。一个最近开发的体积补偿格子粒子（VCLP）方法，然后模拟动态界面断裂过程计算Fmax为不同的复合材料微观结构。我们专注于界面缺陷调谐（IDT）机制的复合材料，其中的热膨胀的LMPA相，由于焦耳加热的粘附界面上的小裂纹，随后导致脱离的夹具从对象由于界面断裂启用干粘附调谐。我们发现，在这里研究的最佳微观结构中，可以实现在LMPA相的热膨胀之前和之后的Fmax的10倍动态调谐。计算结果可为LMPA-聚合物复合材料的实验制备提供有价值的指导。
2020-02-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Microstructure and velocity of field-driven solid-on-solid interfaces moving under stochastic dynamics with local energy barriers
本文研究了（1+1）维固体-固体界面的微观结构和稳态传播速度，该界面在一个外力（如磁场或（电）化学势差）作用下远离平衡态.我们使用解析非线性响应近似[P.A. Rikvold和M. Kolesik，J. Stat. 100，377（2000）]以及动力学蒙特卡罗模拟。在这里，我们考虑的界面下移动的阿克里欧斯动力学，其中包括允许伊辛/晶格气体状态之间的微观能垒。研究了两种不同的动力学：标准的一步动力学（OSD）[H. C. Kang和W. Weinberg，J.Chem.Phys.90，2824（1992）]和两步跃迁动力学近似（TDA）[T. Ala-Nissila、J. Kjoll和S.C. Ying，Phys.Rev.B46，846（1992）]。在OSD中的作用力和模型中的相互作用能的影响在转变率中分解（软动态），而在TDA中这样的分解是不可能的（硬动态）。在完全符合以前的一般理论结果，我们发现，下TDA的局部界面宽度显着增加所施加的力。与此相反，界面结构与OSD的影响很小的力，定性与理论预期。结果也得到了力的依赖性和各向异性的界面速度，这也显示出良好的一致性与软，硬动力学之间的差异的理论预期的差异。我们的研究结果证实，不同的随机界面动力学，所有服从细致平衡和相同的守恒定律，但可以导致从根本上不同的接口响应所施加的力。
2006-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Microstructured tunable two dimensional potential modulation in organic heterostructure field effect transistors
本文利用六噻吩（T6）/N，N-双（正辛基）-二氰基苝酰亚胺（PDI-8 CN 2）异质结场效应晶体管中由于界面处的特殊微结构引起的电势的二维调制来解释六噻吩（T6）/ N，N-双（正辛基）-二氰基苝酰亚胺（PDI-8 CN 2）异质结场效应晶体管中所经历的负极化效应（NTC）。NTC效应已经在隧道器件中得到应用，如隧道二极管、共振隧穿场效应晶体管（RT-FET）、共振隧穿双势垒器件等。在栅极调制掺杂场效应晶体管中，相反，在电荷传输方向上的周期性势垒被用来解释负介电常数（NDR）。由于在T6 / PDI-8 CN2异质结场效应晶体管的NTC效应是无关的半导体层的顺序，因为调制的传输特性是深受半导体层的岛尺寸的影响，我们认为，NTC效应的起源驻留在实现一个特定的微观结构的异质结构中的电荷传输平面。
2014-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Finite Interface Dissipation Phase Field Modeling of Ni-Nb under Additive Manufacturing Conditions
在激光粉末床熔合（L-PBF）过程中，构建的零件经历多次快速加热-冷却循环，导致具有不均匀性能的复杂微观结构。在目前的工作中，一个计算框架，它弱耦合的有限元热模型的非平衡PF模型的发展，在L-PBF过程中的Ni-Nb合金的快速凝固组织进行了研究。利用该框架预测了不同工艺条件下获得的单道熔池显微组织中胞状偏析结构的形貌和尺寸的空间变化以及显微偏析。一个凝固图展示了作为温度梯度和生长速率的函数的微观结构特征的变化。一个平面的细胞过渡预测在大多数的锁眼模式熔池，而平面界面是占主导地位的传导模式熔池。预测的细胞偏析结构的形态和尺寸与实验测量结果吻合得很好。
2020-02-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Design of three dimensional isotropic microstructures for maximized stiffness and conductivity
采用拓扑优化中的水平集方法对三维各向同性两相周期性多功能复合材料进行了优化设计。一个相是刚性的和绝缘的，而另一个相是导电的和机械顺应的。优化目标是使复合材料的有效体积模量和电导率的线性组合最大化。具有Schwartz原始表面和金刚石最小表面作为相界面的复合材料已被证明具有最大的体积模量和电导率。由于这些复合材料不是弹性各向同性的，它们在单轴载荷下的刚度随载荷方向而变化。一个各向同性的复合材料，提出了类似的导电性，这是至少23%的单轴加载时，沿其最弱的方向单轴加载时，比施瓦茨结构的单轴载荷下的刚度。提出了其它新的近优各向同性复合材料，证明了水平集方法用于微结构设计的能力。
2007-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Mapping microstructure to shock-induced temperature fields using deep learning
材料对动态或冲击载荷的响应对于行星科学、航空航天工程和高能材料都很重要。热激活过程，包括化学反应和相变，被沉积到热点中的能量的局部化显著加速。这些结果来自超声波与材料微观结构的相互作用，并且由复杂的耦合过程控制，包括孔隙的塌陷、界面摩擦和局部塑性形变。这些机制尚未完全理解，今天我们缺乏预测模型，例如，仅从化学和微观结构预测冲击到爆炸的转变。我们证明了深度学习技术可以用于预测复杂复合材料中产生的冲击诱导温度场，这些复杂复合材料是从大规模分子动力学模拟中获得的，初始微观结构是唯一的输入。微结构信息冲击诱导温度网络（MISTnet）模型的精度高于当前最先进的技术，计算成本的一小部分。
2023-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of temperature, stress and microstructure fields during laser deposition of Ti-6Al-4V
研究了Ti-6Al-4V熔池定向凝固过程中原始柱状$β$相、界面$L$相和$α$相的演化规律。有限元模拟估算了熔池中的凝固温度场和速度场，并分析了激光粉末床熔化过程中凝固件中的应力场和热变形。相场模型使用温度场和速度场来预测柱状前$β$（Ti）相的形成。在从过冷液体固化$β$相的过程中，$β$柱内低于固相线温度的残余液体导致$α$相。有限元模拟的应力应变场与微观结构场的长度尺度和体积分数相关。最后，$β$（Ti）细胞在凝固过程中的合并行为进行了说明。上述分析很重要，因为它们可以用于热处理过程的后续建模的主动控制。
2018-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Phase-Field Modeling of Coupled Brittle-Ductile Fracture in Aluminum Alloys
含析出相铝合金的断裂至少涉及两种机制，即富铝基体的韧性断裂和析出相的脆性断裂。在这项工作中，耦合晶体塑性相场模型的混合韧脆破坏模式的制定和使用的影响，在铝合金中的损伤演化的沉淀形态和尺寸分布的调查。在断裂过程区的弹性和塑性功耗散的一致性框架被用来制定脆性和韧性损伤的耦合本构行为，分别。产生具有不同颗粒形态和取向的代表性体积元（RVE），并模拟其单轴载荷以评估不同模型微结构的抗损伤性。对于铝基体的临界能量释放率$G_c$值范围为4至8 Jm $^{-2}$的单晶和10至16 Jm $^{-2}$的多晶体，该模型预测的变化，从颗粒脱粘到开裂，然后韧性基体失效。观察到颗粒失效机制的变化，作为增加$G_c$的结果，单，多晶模型微观结构。对于颗粒脱粘的情况下，与其他研究的情况相比，具有圆形或椭圆形颗粒（主轴垂直于加载方向）的微观结构显示出更高的延展性和断裂功。在颗粒开裂的情况下，与平行于加载轴排列的椭球形颗粒的显微组织显示出较高的延展性和断裂功之间的调查的情况下。模拟定性再现实验观察到的颗粒失效机制（开裂和脱粘）的两个不同的基体合金类（商业纯和2xxx合金）与陶瓷颗粒增强。
2022-04-29 cond-mat.mtrl-sci
HDR: Interfaces in crystalline materials
本文结合非线性弹塑性-相场框架与错配位错弹性理论，研究铁在高压相变中的界面微结构及半共格界面的结构、能量与计算设计。
2024-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying microstructure features for high performance solid oxide cells
本研究利用FIB-SEM与三维重建量化不同烧结温度下固体氧化物燃料电池的阳极微结构，发现较低烧结温度可显著改善各相分布及三相边界界面。
2023-04-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strengthening and toughening mechanisms in heterostructured laminates revealed by a phase field-enhanced crystal plasticity simulation
本研究通过相场增强的晶体塑性模拟揭示了异质结构层合材料中强化和增韧机制，为材料设计和优化提供了理论支持。
2025-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Adaptive Mesh Refinement Computation of Solidification Microstructures using Dynamic Data Structures
我们研究了凝固组织的演变，使用相场模型计算的自适应，有限元网格。我们讨论了我们的算法的细节，并表明，它大大降低了计算成本的解决相场模型在低过冷度。特别是，我们表明，解决任何相边界问题的计算复杂性尺度与接口弧长时，使用自适应网格。此外，使用动态数据结构，使我们能够模拟系统的大小对应的实验条件，否则将需要晶格大于$2^{17}\times 2^{17}$元素。我们研究我们的算法的收敛性。我们还提出了两个维度，时间依赖性的计算枝晶的演变，有和没有表面张力各向异性。我们基准我们的结果枝晶生长与微观可解性理论，发现他们是在很好的协议与理论高过冷度。在低过冷度，但是，我们得到更高的值的速度比可解性理论在低过冷度，瞬态占主导地位，符合我们得出的启发式标准。
1998-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Influence of the microstructure on the magnetism of Co-doped ZnO thin films
Co-ZnO薄膜的室温铁磁性预测由于其潜在的应用前景而引起了人们的极大兴趣。然而，结果是有争议的，从铁磁性到非铁磁性，导致了关于其起源（第二相，Co团簇或没有）的大辩论。通过仔细研究各种Co-ZnO薄膜的微观结构，我们发现，Co 2+部分取代ZnO纤锌矿基体没有形成Co团簇。令人惊讶的是，薄膜的铁磁性的性质消失的Co含量的增加。此外，我们的研究结果表明，所观察到的铁磁性可能与大量的缺陷-接近界面，并强烈依赖于生长温度-这可能解释了结果的传播。
2006-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure-Aware Deep Learning Bridges Atomistics to Macroscale for Shock-to-Detonation Prediction
Purdue University（普渡大学）
针对含能材料中冲击到爆轰转变的多尺度耦合难题，提出MISTnetX卷积深度神经网络，直接桥接大规模分子动力学模拟与连续介质有限元模型，实现无参数预测完整爆轰转变过程。
2026-05-26 cond-mat.mtrl-sci
A multiphase phase-field study of three-dimensional martensitic twinned microstructures at large strains
本文提出了一种在纳米尺度和大应变条件下应力和温度诱导马氏体相变的多相场方法。对于具有N个变体的材料，考虑总共N个独立的序参量，其中一个序参量描述A <->M变换，并且剩余的N-1个独立的序参量描述变体之间的变换。在系统的自由能内使用非矛盾的梯度能来解释界面的能量。此外，提出了一个非矛盾的动力学关系的序参量的速度与热力学驱动力。由此导出了一个关于序参量的相容耦合Ginzburg-Landau方程组。孪晶内孪晶的晶体学解决方案，提出了立方到四立方变换。采用相场法和基于大应变的非线性有限元法对三维复杂孪晶中孪晶微结构进行了数值模拟。晶体学解和模拟结果之间的比较研究。
2022-06-25 cond-mat.mtrl-sci
The surface-tension-driven Benard conventions and unique sub-grain cellular microstructures in 316L steel selective laser melting
在某些特殊合金（316 L、Al-Si、Co-Cr-Mo）的选择性激光熔化（SLM）过程中发现了独特的亚晶结构，亚微米尺度的胞状、拉长胞状甚至能带结构总是共存于单个宏观凝固晶粒内部。此外，蜂窝结构是对称的，具有六边形、五边形和正方形蜂窝图案，其中蜂窝尺寸仅在1μm左右。单层和散装316 L SLM实验，揭示了这些亚晶胞状组织的形成机制。在复杂的温度梯度和表面张力梯度的作用下，固/液界面（所谓的糊状区）前的局部对流和Bénard不稳定性形成了复杂的亚微米蜂窝状图案。换句话说，在S/L界面处发生的这种非线性自组织现象（Bénard不稳定性）叠加在宏观晶粒凝固过程上，以形成亚晶粒图案/结构和元素微观偏析。这种简单而统一的解释可以扩展到由SLM形成的其他共晶合金，如Al-Si系统。
2018-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Computation of dendritic microstructures using a level set method
本文利用水平集方法计算了二维枝晶凝固尖锐界面模型的时间相关解。稳态结果与可解性理论一致。从水平集算法得到的解决方案进行了比较，枝晶生长模拟使用相场模型和两种方法被发现给等效的结果。此外，我们进行模拟与不等的扩散系数在固相和液相，并找到合理的协议与现有的理论。
2000-03-07 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Smoothed Boundary Method Framework for Electrochemical Simulation of Li-ion Battery Cathode with Complex Microstructure: Model, Formulation and Parameterization
本文提出一种基于平滑边界方法的电化学模拟框架，用于研究复杂电池电极微结构的电化学动态，通过实验重建的3D微结构和实验参数，比较两种锂化机制模型，揭示复杂正极微结构的动力学，并指出Fick扩散在两相锂化中的局限性。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Phase field simulations of coupled phase transformations in ferroelastic-ferroelastic nanocomposites
我们使用相场模拟来研究由两种不同的铁弹材料制成的复合材料（例如，两种类型的马氏体）。一种材料由于相变而产生的变形可以弹性地影响另一种成分，并使其也发生相变。我们表明，相变，然后可以发生在其正常的临界温度以上，甚至高于此温度在纳米复合材料比在散装复合材料。微观结构取决于温度、层的厚度以及两种成分的晶体结构-某些纳米复合材料表现出在块状复合材料中没有发现的微观结构的巨大多样性。此外，马氏体孪晶的周期性可以基于几何形状而变化超过1个数量级。关键词：Ginzburg-Landau，马氏体相变，多铁性，纳米结构，记忆合金
2009-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Effect of sodium pyrophosphate and understanding microstructure of aqueous LAPONITE(R) dispersion using dissolution study
我们通过用单价盐和焦磷酸四钠溶液进行溶解和流变实验，研究了合成锂蒙脱石粘土LAPONITE（R）的水性胶体分散体中遍历性断裂的物理起源。并研究了界面、氮气和石蜡油对界面的影响。对具有两个界面的分散体进行的溶解实验显示出类似的结果。然而，对于具有氮气界面的样品，与石蜡油界面相比，观察到所有影响都在时间上加快。当保持与水接触时，1.5wt. %和2.8wt. %的胶体分散体在pH 10下在小的老化时溶胀，而在大的老化时不溶胀。有趣的是，无论粘土浓度如何，焦磷酸四钠溶液都溶解pH为10的整个胶体分散体样品。对在pH 13的水中制备的胶体分散体进行的实验表明，水以及焦磷酸钠溶液对其没有影响，这表明在该pH下边缘上存在负电荷的可能性。我们认为，在pH 10下观察到的样品的所有行为都可以通过由边缘-表面接触形成的有吸引力的凝胶微观结构来解释。此外，在pH 10的旧胶体分散体中不存在溶胀以及焦磷酸钠溶液对其的溶解不能仅仅用排斥相互作用来解释。这一行为表明，吸引力的相互作用发挥了重要作用，在所有年龄的胶体分散体在pH值为10时，无论粘土浓度的遍历性打破。我们证实了存在的分形网络结构形成的粒子间的边-面协会使用流变工具和cryo-TEM成像。我们还对焦磷酸钠在LAPONITE（R）分散体的溶胶-凝胶转变中的作用进行了全面研究。
2019-11-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Microstructure-Resolved Impedance Modeling of Solid-State Batteries
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
本文提出一种微观结构分辨的阻抗建模框架，预测固态电池Li/Li6PS5Cl/Li对称电池的阻抗谱，揭示孔隙率、接触和SEI相的影响，并展示AI分割实验图像直接预测阻抗的路径。
2026-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Branching of twins in shape memory alloys revisited
本文研究了记忆合金中出现在奥氏体和马氏体界面处的孪晶分支。在三维非线性弹性理论的框架内，我们提出了一个明确的，低能量的分支结构的建设，一般适用于任何形状记忆材料的马氏体的对称类或界面的几何参数没有限制。我们表明，建议的建设遵循预期的能量标度律，即，（由于孪晶的表面能足够小）支化导致能量降低。此外，可以修改该结构以捕获实验观察到的微结构的不同特征，而不违反该标度律。通过使用数值计算程序，我们表明，所提出的建设是能够预测现实的孪晶宽度和分支代数的Cu-Al-Ni单晶。
2019-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Speeding up of microstructure reconstruction: II. Application to patterns of poly-dispersed islands
我们报告了一个快速，有效和可靠的统计重建的任何两相模式的岛屿的形状和多分散的大小。在建议的多尺度方法称为加权双混合，使用两个不同的混合描述符对。作为第一对，我们采用熵量词，而关联函数是第二对。它们的竞争允许考虑更广泛的形态特征。用元胞自动机代替标准的随机初始构型，合成一个与靶岛数目相同的岛。这是利用模拟退火技术加快组织重构速度的关键。程序过程允许对重建界面和目标界面要求相同的值。当满足与精度、界面和岛的数量相关的三个条件时，重建终止。我们在金属薄膜和混凝土样本横截面的数字化图像上验证了该方法。对于一个给定的精度，我们的方法显着减少了接受Monte Carlo步骤的数量相比，标准的方法。同时，它提供了可信的形状和岛屿的相似区域，保持它们的数量和目标的总界面。据我们所知，这是第一次试图取得这样的结果。具有成本效益的重建表明，本技术也可用于模式的岛屿强烈锯齿状的边界线。
2014-11-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Thermodynamic phase-field model for microstructure with multiple components and phases: the possibility of metastable phases
从基本的热力学和动力学原理出发，建立了一个适用于任意数量组分和相的微结构扩散界面模型，并在变分框架内进行了形式化。该模型包括一个组成梯度能量捕获溶质捕获，因此适合于研究的现象，其中的界面宽度起着重要的作用。从均匀自由能的泰勒展开的非均匀自由能泛函的推导揭示了如何在质量约束下指定每个组分和相的界面性质。组分的扩散势被定义为远离稀溶液极限，并且使用多障碍屏障函数来约束相分数。该模型被用来模拟凝固通过形核，预熔在相界和三重结，小颗粒的内在不稳定性，溶质熔化导致不同的扩散系数在固体和液体。亚稳自由能表面的形状被发现在微观结构的演变中发挥了重要作用，并可能解释为什么有些系统在相边界和相三重连接处预熔，而其他人没有。
2011-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Coupled plastic strain- and stress-induced phase transformations and microstructure evolution in Fe-7%Mn alloy in a dynamic rotational diamond anvil cell
Iowa State University（爱荷华州立大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；DAC Tools, LLC（DAC工具有限责任公司）；DEVCOM Army Research Laboratory（DEVCOM陆军研究实验室）
该研究在动态旋转金刚石压机中首次探讨Fe-7%Mn合金在高压下的耦合应变和应力诱导相变及微观结构演化，揭示了相变动力学与时间尺度的关系。
2026-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Interface Response Functions for multicomponent alloy solidification- An application to additive manufacturing
增材制造过程中的近快速凝固条件可能导致非平衡相的选择。通过界面响应函数的尖锐界面模型已被用来解释在这种凝固条件下的微观结构选择。然而，大多数锐界面模型假设合金元素的贡献的线性叠加，而不考虑与相图相关的非线性。在这份报告中，平面和树枝状的Calphad耦合尖锐的界面模型已经实施，并用于解释在与增材制造相关的高凝固速度下观察到的生长控制相选择。该模型预测了多元合金中的生长控制相选择，这是其他线性相图模型所不能预测的。这些模型计算钢和镍基高温合金，并与实验观察结果进行比较。
2023-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary-induced martensitic transformations: A phase-field study of nucleation, size-effect, triple junction-effect, microstructures, and compatibility at the nanoscale
基于Ginzburg-Landau型多相相场方法，提出了一种考虑界面结构应力的纳米尺度下多晶材料晶界诱发马氏体相变的数值模拟方法。在该方法中，N个独立的序参量用于描述奥氏体（A）<->马氏体（M）相变和N（>1）个马氏体变体，另外M个独立的序参量用于描述多晶样品中的M（>1）个晶粒。利用GB（s）的可变能量作为与AM变换有关的序参量的函数，考虑了由于MT期间其结构重排而引起的GB能量的变化<->。一个丰富的绘图之间的转变温度的A，预马氏体，和M的双晶体与对称的平面倾斜GB绘制不同的奥氏体GB宽度。在具有对称或非对称平面或圆形倾斜的各种双晶中探索了参数（包括奥氏体GB宽度、由于MT引起的GB能量变化、GB取向差、施加的应变和样品尺寸）对相的非均匀形核以及随后复杂的马氏体微观结构演变的强烈影响。GB在正向和反向转变期间。三重结（TJ）的能量和相邻的GB的能量和宽度也被示出强烈影响的成核和微结构使用具有三个对称的平面倾斜GB的三晶体。研究了微结构在晶界上的相容性。绘制了跨GBs和TJ区域的弹性和结构应力，这对于理解GBs和TJ在材料失效中的作用至关重要。
2022-06-18 cond-mat.mtrl-sci
A multi-physics model for the evolution of grain microstructure
本文提出一个热力学一致的多物理场模型，将Cosserat晶体塑性与HMP型取向相场耦合，用于模拟高温下金属晶粒微观结构的演化，解决了晶界迁移与塑性变形同时改变晶格取向的模拟难题。
2024-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Influence of oxygen ion implantation on magnetic microstructure in Pt/Co/Pt multilayers with perpendicular magnetic anisotropy
UPES Dehradun（印度能源与环境大学）；UGC-DAE Consortium for Scientific Research（UGC-DAE 科学研究联盟）；Variable Energy Cyclotron Centre, HBNI（可变能量回旋加速器中心，HBNI）；Indian Institute of Technology Roorkee（印度理工学院罗尔基）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；DIT University（迪特大学）
研究氧离子注入对Pt/Co/Pt多层结构垂直磁各向异性及磁域壁动力学的影响，发现注入后磁域壁速度显著提升，揭示了氧离子对磁微结构的调控机制。
2026-03-20 cond-mat.mtrl-sci
A computationally efficient and mechanically compatible multi-phase-field model applied to coherently stressed three-phase solids
工程合金通常表现出多相微观结构。对于模拟固态相变过程中的微观结构演变，CALPHAD引导的多相场模型与细观力学耦合已被证明是一种可靠的模拟工具。然而，它们的效率和精度仍然取决于均匀化方案用于插值的弹性性能在界面区域。在本文中，我们提出了一个相场模型的多相和多组分固体使用部分秩一均匀化计划，强制执行静态和运动学的界面区域的兼容性。为此，我们首先将秩一均匀化方案扩展到多相系统。此外，为了提高计算效率，我们解析求解了线弹性三相固体的静态相容性方程。为了定量的准确性，耦合技术是用来提取的先决条件的热力学和动力学性质的CALPHAD数据库。该模型是在一个开源的有限元框架数值求解。作为数值模拟的应用，对两种弹性应力下含金属间化合物的三相合金Ni-Al和Al-Cr-Ni的微观组织进行了模拟。模型的准确性进行了验证，对平面和同心环接口解析获得的解决方案。我们表明，模拟结果保持不变，不同的界面宽度。除了一个模拟，所有的情况下显示更好的或几乎相等的收敛性相比，使用部分秩一计划的Voigt-Taylor计划。
2023-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Soft versus Hard Dynamics for Field-driven Solid-on-Solid Interfaces
分析论证和动态蒙特卡罗模拟表明，场驱动固-固界面的微观结构强烈依赖于动力学。对于非保守动力学的转换率分解成部分只依赖于相互作用能和场能的变化，分别（软动力学），固有的界面宽度是场无关的。对于非因式分解率，例如标准的Glauber和Metropolis算法（硬动力学），它随场而增加。讨论了界面速度及其各向异性的影响。
2002-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Diffuse interface models of solidification with convection: The choice of a finite interface thickness
薄界面限制的目的是尽量减少所产生的影响，从一个数值界面厚度，固有的扩散界面模型的凝固和微观结构的演变，如相场模型。虽然这个问题的原始配方被限制为扩散运输，我们认为在这里的情况下，熔体对流。使用的耦合相场流体动力学方程的分析，我们在这里表明，这样一个薄的接口限制也存在，如果运输包含扩散和对流。通过比较模拟研究，利用薄界面条件，与解析尖锐的界面理论，对流下的枝晶尖端生长测试这种预测。
2019-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
