Understanding Specimen- and Grain-Size Effects on Nanoscale Plastic Deformation Mechanisms and Mechanical Properties of Polycrystalline Yttria-Stabilized Tetragonal Zirconia Nanopillars
采用分子动力学模拟研究了样品尺寸和晶粒尺寸对多晶氧化钇稳定的四氧化锆（YSTZ）纳米柱纳米尺度塑性形变机制和力学性能的影响。通过对YSTZ柱状纳米柱的单轴压缩，研究了其沿晶和穿晶变形机制。揭示了包括晶界滑动和迁移、晶粒旋转以及晶界处非晶相形成在内的协同晶间变形。结果还揭示了部分位错的形成，它作为大晶粒的分裂器，并在促进晶粒的旋转，从而促进相邻晶粒之间的非晶到结晶相变中发挥重要作用。自由表面积与体积比的增加被认为是负责试样尺寸引起的软化现象，在杨氏模量和强度的减少时，观察到试样宽度从30 nm减少到10 nm。此外，随着平均晶粒尺寸从15 nm减小到5 nm，杨氏模量和强度降低。晶界密度被确定为负责所观察到的晶粒尺寸诱导的软化行为在多晶YSTZ纳米柱。变形机制由晶界非晶相的形成转变为晶界滑移与穿晶相变的竞争。此外，逆Hall-Petch关系揭示了描述晶粒尺寸和强度之间的相关性与晶粒尺寸小于15 nm的多晶YSTZ纳米柱。
2018-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Barrier effect of grain boundaries on the avalanche propagation of polycrystalline plasticity
为了研究原子尺度下晶界对类雪崩塑性传播的阻挡效应，我们采用简化的多晶模型（包括倾斜晶界）进行了三维分子动力学模拟.随晶粒尺寸的减小，应力降分布服从幂律分布的截止值减小。我们发现，一些变形雪崩的晶界所限制的，另一方面，不可压缩的雪崩穿透所有的晶界包括在模型中。通过使用元素概率模型评估了一个晶界阻碍这种系统跨越雪崩的阻塞概率。
2017-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Grain size correlated rotatable magnetic anisotropy in polycrystalline exchange bias systems
交换偏置场和矫顽场的角分辨测量是区分多晶交换偏置层系统中不同竞争磁各向异性的有力工具。没有简单的分析模型是尚未提供，它认为时间依赖性的影响，如增强的反铁磁体的晶粒尺寸分布所产生的反铁磁体。在这项工作中，我们扩展了现有的模型类描述多晶交换偏置系统的旋转磁各向异性项来描述晶粒尺寸相关的影响。此外，我们进行了角分辨磁化曲线测量矢量磁光克尔磁力。与所提出的模型的实验数据的比较显示出良好的协议，并揭示了连接到反铁磁体的晶粒尺寸分布的铁磁各向异性和属性。因此，对结晶度和各向异性的不同影响之间的区别变得可用。
2016-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Influence of grain morphology and orientation on saturation magnetostriction of polycrystalline Terfenol-D
本文用有限元法研究了显微结构对Terfenol-D（Tb $_{0.27}$ Dy $_{0.73}$ Fe $_{2}$）饱和磁致伸缩的影响。该模型是基于磁饱和时的平衡磁弹性应变张量，并表明，晶体取向可能发挥更重要的作用，比晶粒的形态饱和磁致伸缩。我们还计算了饱和磁致伸缩对取向生长晶体方向上晶粒分布的色散角的依赖性$<011>$和$<111>$，发现非高度取向的晶粒分布显着降低饱和磁致伸缩。这一结果表明，在合成晶粒取向多晶Terfenol-D的高质量控制的重要性，并提供了一个定量估计的取向晶粒分布的分散角的可接受的值的范围。
2021-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Charged grain boundaries reduce the open circuit voltage of polycrystalline solar cells--An analytical description
本文给出了具有高缺陷密度正电荷柱状晶界的$pn^+$结的暗电流-电压关系$J(V)$的解析表达式。这些表达式适用于具有足够高的体空穴迁移率的非耗尽晶粒。通过与数值模拟的直接比较，验证了公式的准确性。数值模拟进一步表明，黑暗的$J(V)$可以用来确定开路电位$V_{\rm oc}$的照明结对于给定的短路电流密度$J_{\rm sc}$。提供了晶界性质和$V_{\rm oc}$之间的精确关系，推进了对薄膜多晶光致发光材料如CdTe和$\mathrm{Cu(In,Ga)Se_2}$的效率的晶界的影响的理解。
2016-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Analytical model for predicting induced-stress distributions in polycrystalline materials
提出一种多晶材料微力学解析模型，可快速预测外部均匀加载下晶界应力分布，经有限元验证，为评估晶间裂纹萌生概率提供统计基础。
2024-05-23 cond-mat.mtrl-sci
High-fidelity level-set modeling of polycrystalline grain growth
Mines Paris, PSL University（巴黎矿业学院，PSL大学）；Centre for material forming (CEMEF), UMR CNRS（材料成形中心（CEMEF），CNRS联合研究单位）
本文提出了一种基于Mullins平均曲率流理论的高保真水平集框架，用于多晶中毛细驱动的晶粒生长建模，实现了高精度的晶界演化模拟。
2026-03-12 cond-mat.mtrl-sci
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
Impedance spectroscopy study on post-annealing-tuned polycrystalline CaCu3Ti4O12 films: Evidence of Barrier Layer Capacitor Effects
本文采用脉冲激光沉积（PLD）技术在Pt/Ti/SiO2/Si（100）衬底上制备了多晶CTO薄膜，并对其沉积态和退火后的电学性能和微结构进行了研究。我们的研究结果表明，沉积的多晶CCTO薄膜是由绝缘晶界与半导体晶粒，表明高介电常数归因于势垒层电容器（BLC）的效果。采用简单的阻容等效电路和修正的恒相元件电路描述了阻抗谱，计算结果与实测曲线吻合较好。晶粒和晶界的电阻和电容可以通过改变退火气氛和温度来调节。在无氧退火气氛下，晶界的电阻变化较大，而晶粒的电阻变化不大。而在氧气气氛下退火，则相反.在此基础上，论证了CCTO多晶薄膜中晶粒电阻率的来源是氧的损失，而晶界则接近氧的化学计量。
2004-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional nanovaristors at grain boundaries account for memristive switching in polycrystalline BiFeO3
多晶材料中的忆阻开关被广泛归因于导电丝的形成和断裂，被认为是由氧空位再分布介导的。然而，底层的原子尺度过程仍然是未知的，这限制了器件建模和设计。在这里，我们结合实验数据与多尺度计算来阐明整个原子尺度的周期在未掺杂的多晶BiFeO3。导电原子力显微镜显示，晶界表现得像二维纳米压敏电阻，而在循环的返回部分，减少的电流是通过晶粒。利用密度泛函理论和蒙特卡罗计算，我们推导出所观察到的现象的原子尺度机制。非平衡浓度下的氧空位最初分布相对均匀，但它们被增加的电压扫入晶界。然后，临界电压（SET电压）消除了用于通过晶界中的空位能级跳跃传导的势垒。在循环的返回部分，晶界再次不导电，但是晶粒由于氧空位的远程掺杂而显示出非零导电性。该负电压相当于重新分布空位的热脉冲。认识到纳米压敏电阻器是多晶材料中忆阻开关的核心，可能会为新型器件和电路开辟可能性。
2015-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Accessing topological feature of polycrystalline microstructure using object detection technique
晶粒的面类，通常被称为拓扑特征，在很大程度上决定了晶粒生长过程中多晶微观结构的演变。实现这些拓扑特征通常是一项艰巨的任务，通常需要复杂的技术。在目前的工作中，一个独特的机器学习算法扩展为第一次理解构成多晶连续体的晶粒的拓扑分布。这种基于回归的对象检测方法除了显着减少人力并确保计算效率外，还通过引入适当的边界框来预测颗粒的面类。经过足够的训练和验证，超过500个时期，当前模型显示出与地面实况的显着重叠，包括手动实现的多晶微观结构的拓扑特征。这种处理的准确性进一步证实了相关的统计研究，包括精度召回分析。该模型暴露于未知的测试数据集，并通过将其预测与标记的微观结构进行比较来评估其性能。反映统计准确性的是，在这些涉及不同颗粒数量的多晶系统的比较研究中，算法预测与基础事实之间的高度一致是显而易见的。
2022-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative theory of the grain boundary impact on the open-circuit voltage of polycrystalline solar cells
薄膜多晶光致发光是一种成熟的商业相关技术。然而，关于晶界在这些材料性能中的作用以及这些缺陷可能限制进一步进展的程度的基本问题仍然存在。在这项工作中，我们首先扩展以前的分析柱状晶界开发一个模型的“倾斜”晶界的复合电流。然后，我们考虑系统与多个，相交的晶界和数值确定的参数空间，我们的分析模型准确地描述了复合电流。我们发现，对于与薄膜光电性能相关的材料参数，我们的模型可以应用于计算具有非均匀晶界网络的材料的开路电压。该模型弥补了纳米级表征观察到的晶界特性分布与其对宏观器件开路电压的影响之间的差距。
2019-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced magnetic and thermoelectric properties in epitaxial polycrystalline SrRuO3 thin film
过渡金属氧化物薄膜显示出通用的电、磁和热性能，其可以通过经由多晶固体有意地引入宏观晶界来定制。在这项研究中，我们专注于修改的磁性和热输运性能的制造单和多晶外延SrRuO3薄膜，使用脉冲激光外延。采用原子级平坦的多晶SrTiO_3衬底外延稳定化技术，实现了每个晶粒的结晶质量与单晶对应物的结晶质量相当的外延多晶SrRu_3薄膜。特别是，减轻压缩应变附近的晶界，由于合并证明结构，这诱导增强的多晶外延薄膜的铁磁有序。与晶界相关联的结构变化进一步降低了热导率而不恶化电子输运，并且与它们的单晶对应物相比，导致外延多晶薄膜中增强的热电效率。
2018-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Heat transport in pristine and polycrystalline single-layer hexagonal boron nitride
我们使用相场晶体模型生成大规模的双晶和多晶单层六方氮化硼（h-BN）样品，并采用分子动力学（MD）模拟与Tersoff多体势研究其热输运性质。采用非均匀非平衡分子动力学方法计算了h-BN晶界的Kapitza热阻。电阻与倾斜角、线张力和晶界缺陷密度有很强的相关性。我们还计算了原始的h-BN和多晶h-BN的热导率与不同的晶粒尺寸使用一个有效的均匀非平衡MD方法。面内和面外（弯曲）声子表现出不同的晶粒尺寸标度的热导率在多晶h-BN和提取Kapitza电导接近的大倾角晶界的双晶。
2018-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Polycrystalline exchange-biased bilayers: magnetically effective vs. structural antiferromagnetic grain volume distribution
多晶交换偏置反铁磁体/铁磁体双层的磁特性由参数的复杂相互作用确定，描述材料系统的结构和磁特性，特别包括反铁磁体的晶粒体积分布。这种系统的一个理想的表征是对每个单独颗粒的相关参数进行非破坏性测定。这在大多数情况下是不可行的，因为典型的表征方法确实在较大的区域上平均。在这里，我们表明，然而，它是可能的，以确定平均宏观磁量矢量克尔磁力测量的平均微观参数相比，一个精心设计的模型。特别是，我们估计的磁性有效的反铁磁晶粒尺寸分布，是必不可少的界面交换耦合到铁磁层。我们发现，磁活性晶粒尺寸的分布不同于结构的，这表明反铁磁顺序，相关的交换偏置，仅在一部分晶粒的结构体积。
2022-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical approach to the ductile fracture of polycrystalline solids
它在这里示出，通常是几个应变的短暂塑性应变后的断裂，是材料的多晶性质的必然结果。进行塑性形变的多晶体被建模为一个流动的连续的随机变形多面体，代表的晶粒，填充的空间，而不会留下空隙。相邻的晶粒滑动的相对速度成比例的局部剪切应力的平面上解决的共享晶界，当大于一个有限的阈值。多面体颗粒不断重塑以保持物质的连续性，导致颗粒滑动的力超过重塑颗粒的力。过去已经表明，该模型不守恒体积，导致流体静压随应变单调变化。这种效应在塑性理论中引入了一个新的概念，因为它决定了任何细晶多晶材料在有限的塑性应变后都会失效。在这里，流体静压力对应变的依赖性被明确地计算并示出具有对数发散，其确定断裂应变。理论结果与商业合金的力学试验给出的断裂应变的比较显示出很好的一致性。
2018-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Segregation competition and complexion coexistence within a polycrystalline grain boundary network
界面偏析可以稳定晶粒结构，甚至导致晶界化合物转变。然而，了解这种现象的复杂性，在多晶材料是有限的，因为大多数研究集中在双晶体的几何形状。在这项工作中，我们研究界面偏析和随后的复合过渡多晶Cu-Zr合金使用混合Monte Carlo/分子动力学模拟。在中等温度下，当Zr掺杂剂添加到纯Cu多晶中时，观察到晶粒尺寸或结构没有显著变化，其中晶界偏析是主要行为。在边界网络内的偏析是不均匀的，与一些边界具有局部浓度是一个数量级大于全局值和其他几乎没有偏析，和物理参数的变化，如边界自由体积和能量被发现与掺杂剂浓度相关。此外，另一种合金样品在较高的温度下进行了研究，以探测界面结构中广泛转变的发生，其中原始有序边界的显著部分转变为无定形络合物，表明多种络合物类型共存，每种络合物类型都具有它们自己的边界化学组成分布。总体而言，这项工作突出了界面偏析和复合结构可以在多晶网络中是多样的。本文所示的研究结果补充了现有的单个界面的计算和实验研究，并有助于为解开现实微观结构中界面结构的复杂性铺平道路。
2021-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Low temperature charge ordering versus grain boundary effects in polycrystalline La1-xCaxMnO3 manganites
本文讨论了多晶La_（1-x）Ca_xMnO_3锰氧化物的低温磁电阻增强效应。它表明，所谓的晶界效应似乎是最简单和自然的解释这种现象。
2004-04-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
GRAINSMITH: A Generator of Polycrystalline Models for Atomistic Simulations with Statistical and Grain-Boundary Morphology Control
Fırat University（埃尔津詹大学）
GRAINSMITH是一个开源Python包，通过统计控制和可选的晶界形态生成可复现的多晶原子模型，支持多种晶体学特征，用于分子动力学模拟和微观结构效应研究。
2026-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Fatigue Deformation of Polycrystalline Cu Using Molecular Dynamics Simulations
采用分子动力学（MD）模拟方法研究了晶粒尺寸为5.4 nm的多晶Cu的疲劳变形行为。采用Voronoi算法制备了具有随机晶粒取向的样品。疲劳模拟是通过采用完全反向的、总应变控制的循环载荷进行的，应变幅度为$\pm4$ \%，持续10个循环。MD模拟结果表明，在循环载荷作用下的变形行为是由部分位错包围层错的滑移控制的。在较高的循环次数，晶界迁移导致粗化的较大晶粒的代价较小的晶粒已被观察到。讨论了循环应力-应变行为、变形机制和位错密度随循环变形的变化规律。
2016-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Impact of grain boundary characteristics on thermal transport in polycrystalline graphene: Analytical results
采用形变势方法研究了多晶石墨烯的晶界结构、尺寸和形状对热导率的影响。在玻恩近似下，得到了声子平均自由程的精确解析表达式。我们发现在长波长极限下有两种行为：对于任何形状的开放GB，MFP随$k^{-1}$变化，而对于闭合配置（环路），MFP则随$k^{-3}$变化。在短波长极限MFP往往是一个恒定的值为任何配置。观察到的振荡行为，这表明它们作为衍射光栅的声子。这种性质也是固有的GB与不规则性所造成的部分向错偶极子。热导率的计算框架中的Callaway的方法与所有主要来源的声子散射考虑在内。在很宽的温度范围内，热导率随晶粒尺寸的减小而减小。最有趣的是，我们发现了一个显着的降低，在多晶石墨烯的热导率包含GB的变化，在他们的取向差角。
2019-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Particle pinning during grain growth -- A new analytical model for predicting the mean limiting grain size but also grain size heterogeneity in a 2D polycrystalline context
本文提出一种新解析模型，预测二维多晶中粒子钉扎导致的极限晶粒尺寸及异质性，量化晶界截获粒子数，确定最大化异质性的条件，并与全场模拟和相场计算验证，结果吻合良好。
2024-04-06 cond-mat.mtrl-sci
A coupled model of diffusional creep of polycrystalline solids based on climb of dislocations at grain boundaries
本文提出了一种基于热力学的连续介质理论来模拟多晶固体的扩散蠕变。它由空位扩散和力学的耦合问题组成，其中空位在晶界处的产生/吸收是由晶界位错攀移驱动的。该模型是在一般平衡定律和完成的选择符合经典的非平衡态热力学的本构方程。扩散蠕变的动力学是从基于物理的机制在晶界处的位错的攀登，从而引入了对边界位错的密度和流动性的扩散蠕变的依赖。几个有代表性的例子已经解决了使用有限元方法，并假设代表性的体积元素组成的阵列的规则形状的晶体。应力，温度，晶粒尺寸和晶界位错迁移率的影响进行了分析和比较与经典理论的扩散蠕变。模拟结果表明，本模型再现宏观应力和晶粒尺寸的依赖性下观察到的扩散和界面控制制度，以及这种依赖性与温度的演变的能力。此外，该模型的数值实现允许通过微观结构预测微观场的演变。
2019-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Characterizing thermal conduction in polycrystalline graphene
在这项工作中，通过理论和模拟相结合的方法探索和讨论了热传导。采用基于六边形贴片模型的分子动力学模拟计算了多晶石墨烯的热导率k，并与实验中的微观结构表征结果进行了比较。晶粒尺寸，取向和温度的影响进行了确定与讨论的微观声子散射机制。有效热导率随晶粒尺寸的增大而增大，随晶界错配角和位错密度的增大而减小。在多晶体中，k的1/T温度依赖性显著减弱。晶界在改性石墨烯的热输运性质中的作用的特征在于其作为单独相的有效宽度和热导率，其随后被包括在预测性有效介质模型中，该模型显示对于大于几微米的晶粒热导率的劣化降低。
2013-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Cell Invasion during Competitive Growth of Polycrystalline Solidification Patterns
通过微重力实验和相场模拟，发现凝固过程中不同取向晶粒间的胞晶可相互入侵，导致晶界高度卷曲，颠覆了晶粒作为独立区域的传统认知。
2023-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Charge Transport in Polycrystalline Graphene: Challenges and Opportunities
石墨烯在探索基础科学和广泛的技术应用方面都引起了极大的兴趣。化学气相沉积（CVD）是目前唯一的工作方法来生长石墨烯在晶圆级，这是工业应用所需要的。不幸的是，CVD石墨烯本质上是多晶的，原始的石墨烯颗粒通过无序的晶界缝合在一起，这可能是福也可能是祸。一方面，预期晶界会降低多晶石墨烯的电学和机械性能，使得材料对于许多应用而言是不期望的。另一方面，它们表现出增加的化学反应性，这表明它们在传感或作为一维材料合成模板方面的潜在应用。因此，深入了解石墨烯晶界的结构和性质是非常重要的。在这里，我们回顾了石墨烯晶界的识别和电气和化学表征的实验进展。我们使用数值模拟和传输测量来证明石墨烯晶界的电学性质和化学修饰是强烈相关的。这不仅为石墨烯器件的改进提供了指导，而且为高灵敏度电生化器件的工程石墨烯晶界开辟了新的研究领域。
2015-07-22 cond-mat.mtrl-sci
A phenomenological model for magnetoresistance in granular polycrystalline colossal magnetoresistive materials: the role of spin polarised tunnelling at the grain boundaries
已经观察到，在磁致电阻（CMR）材料的块状和多晶薄膜中，与单晶或低于铁磁转变温度Tc的单晶膜相比，磁阻遵循不同的行为。在本文中，我们发展了一个唯象模型来解释磁场依赖的电阻在颗粒CMR材料考虑到自旋极化隧道在晶界。该模型已被拟合到两个系统，即La 0.55 Ho 0.15 Sr 0.3 MnO 3和La 1.8 Y 0.5 Ca 0.7 Mn 2 O 7。从拟合的结果中，我们已经分离出，在La 0.55Ho 0.15Sr 0.3MnO 3，来自自旋极化隧道在晶界的磁电阻的晶粒间的贡献的内在贡献。结果表明，La_（0.55）Ho_（0.15）Sr_（0.3）MnO_3的本征磁电阻效应随温度的变化符合双交换模型的预测.
1998-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation suppression by charge screening on grain boundaries: a kinetic model for bulk imprint in polycrystalline ferroelectric thin films
Zhangjiang Laboratory（张江实验室）；Frontier Institute of Chip and System, Fudan University（复旦大学芯片与系统前沿研究院）；Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院微电子研究所）
本研究通过建立相场模型，揭示了晶界处电荷屏蔽对铁电薄膜中体印现象的影响机制，为理解铁电存储器可靠性问题提供了新视角。
2025-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Influences of Granular Constraints and Surface Effects on the Heterogeneity of Elastic, Superelastic, and Plastic Responses of Polycrystalline Shape Memory Alloys
采用实验和模拟相结合的方法研究了多晶记忆合金在超弹性应力作用下的变形不均匀性。原位X射线衍射，特别是远场高能衍射显微镜（ff-HEDM）技术被用来非破坏性地测量的位置，晶体取向，弹性应变张量和体积为数百个奥氏体晶粒在超弹性加载的镍钛（NiTi）形状记忆合金的晶粒平均统计。该实验数据还用于在有限元模型内创建合成微结构。然后，利用各向异性弹性力学模拟拉伸加载过程中的晶内应力的发展。从这些应力中计算出相变和滑移的驱动力。单个奥氏体晶体的晶粒平均响应检查之前和之后的多个应力诱导的转变事件表明，在试样内部的晶粒进行更多的应力和塑性变形小于表面晶粒的超弹性响应摇下来。单个晶粒内的异质性检查表明，晶界附近的区域表现出较大的应力变化相比，晶粒内部。这种晶内异质性更强烈地驱动的约束，相邻的晶粒比初始应力状态和个别晶粒的取向。
2017-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Magnetotransport Measurements on Isolated Polycrystalline Grains of Type-II Silicon Clathrate
Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）
通过微加工技术分离II型硅包合物多晶颗粒，进行低温电子输运表征，揭示多种导电机制并验证n型导电，展示静电可调性。
2026-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Growth, structure, micro-structure and magneto transport of an easy route synthesized bulk polycrystalline TiSe2
本文报道了一种简便的合成块状多晶TiSe 2的方法。通过粉末X射线衍射（PXRD）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）分别测定相纯度和显微结构。通过拉曼光谱分析的TiSe 2的振动模式显示Ag和Eg模式的发生。在180K附近的输运测量中观察到电荷密度波（CDW），在冷却和加热测量中观察到滞后。此外，所研究的TiSe 2在CDW以下显示负磁阻（MR），在CDW以上显示小的正MR。
2022-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Graph Neural Networks for an Accurate and Interpretable Prediction of the Properties of Polycrystalline Materials
各种机器学习模型已被用于预测多晶材料的性能，但它们都没有直接考虑相邻晶粒之间的物理相互作用，尽管这种微观相互作用决定了宏观材料性能。在这里，我们开发了一个图形神经网络（GNN）模型，用于获得嵌入的多晶微观结构，它不仅包括单个晶粒的物理特征，但它们之间的相互作用。然后使用前馈神经网络将嵌入与目标属性相关联。以多晶Tb0.3Dy0.7Fe2合金的磁致伸缩为例，我们证明了具有固定网络结构和超参数的单个GNN模型在一组显著不同的微观结构上允许~10%的低预测误差，以及量化微观结构的每个晶粒中每个特征对其磁致伸缩的重要性。因此，这种基于微观结构图的GNN模型能够对多晶材料的性质进行准确和可解释的预测。
2021-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Towards the Distribution of a Class of Polycrystalline Materials with an Equilibrium Defect Structure by Grain Diameters: Temperature Behavior of the Yield Strength
本文修改了多晶材料的流动应力理论，提出缺陷关于晶粒直径的类麦克斯韦分布定律，推导了标量位错密度，并给出了多种晶格下屈服强度的广义Hall-Petch关系及温度尺寸效应新形式。
2023-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Nanoconfined Grain Boundaries Increase Conductivity of Polycrystalline Molecular Crystals
Temple University（天普大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
通过改变晶界体积分数，发现晶界显著提高多晶分子晶体的导电性，晶粒中的离子迁移较慢，而晶界中的离子迁移更快。
2026-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling impacts of polycrystalline microstructures on ionic conductivity of ceramic electrolytes by computational homogenization and machine learning
本研究针对氧化物陶瓷晶界离子电导率低的瓶颈，通过有限元均匀化计算分析多晶微观结构对离子电导率的影响，构建图神经网络模型实现电导率精准预测，为微观结构优化提供定量指导。
2024-05-15 cond-mat.mtrl-sci
On the effect of Ti on Oxidation Behaviour of a Polycrystalline Nickel-based Superalloy
钛通常被添加到镍超合金中，但对抗氧化性具有有据可查的有害影响。目前的工作构成了第一个原子尺度的定量测量晶界和块体成分的氧化物规模的当前一代多晶镍高温合金通过原子探针断层扫描进行。钛被发现是特别有害的氧化皮生长通过晶界扩散。
2018-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Unified Theoretical Framework for Polycrystalline Pattern Evolution
众所周知，多晶材料中曲率驱动的晶粒生长速率受到界面耗散的限制。我们通过分析和模拟表明，对于形成调制相或非平衡模式与晶体有序的系统，生长受到与晶格平移相关的体耗散的限制，这大大减缓了晶粒粗化。我们还表明，体耗散减少热噪声，使这些系统表现出更快的粗化行为占主导地位的界面耗散高Peierls势垒和高噪声。这些结果提供了一个统一的理论框架，理解和模拟多晶图案的演变在不同的系统在广泛的长度和时间尺度。
2013-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Triple junction drag effects during topological changes in the evolution of polycrystalline microstructures
实验，理论和原子模拟表明，有限的三重结迁移率的非平衡三重结角在不断发展的多晶系统的结果。这些角度已被预测和验证的情况下，晶界迁移是稳态的。然而，由于改变晶粒尺寸和拓扑事件（例如，晶粒面/边缘转换-“$T_1$“过程，或晶粒消失“$T_2$“或“$T_3$“过程）。我们研究了拓扑事件附近的三重结角的非稳态演化，并表明发生了从平衡和/或稳态角的大偏差。我们分析了三重结角$τ$的特征弛豫时间考虑一对拓扑事件，从稳态迁移。利用数值计算结果和理论分析，我们预测如何三重结角随时间变化，以及如何$τ$随三重结迁移率变化。我们认为，正是在这些情况下，晶界移动迅速（例如，纳米晶体材料中的拓扑过程），有限三结迁移率三结角的经典稳态预测是不适用的，只能定性地应用。
2017-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Can Symmetric Tilt Grain Boundaries Represent Polycrystals?
该研究针对用高对称重合位置点阵晶界代表多晶晶界的模拟常规做法，通过定量比较晶界原子位点与性能谱，以溶质偏析为例证明Σ<10的高对称倾斜晶界无法准确反映多晶晶界环境，会带来认知偏差。
2023-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Growth and Characterization of Polycrystalline NbO2 Thin Films on Crystalline and Amorphous Substrates
NbO2是纳米忆阻器件的潜在材料，无论是在非晶和晶体形式。我们采用射频磁控溅射法从化学计量比靶制备了NbO2薄膜。无论溅射参数如何，所沉积的薄膜都是非晶的。沉积后的薄膜的真空退火是必要的，以实现结晶。通过优化退火时间和温度，获得了较高的结晶度。材料的电阻率随着其经历从非晶到结晶的结构转变而增加，其中结晶膜的电阻率高一个数量级。
2019-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Hydrodynamic theory of freezing: Nucleation and polycrystalline growth
本文利用最近提出的非线性流体动力学结晶理论[G。I. Toth等人，J.物理学：康登斯Matter 26，055001（2014）]，其基于将波动流体力学与相场晶体理论相结合。我们表明，在这种流体动力学的方法不仅是同质和异质的成核过程是可访问的，而且生长前沿成核，这导致形成新的（不同取向的）晶粒在固体-液体前在高度过冷系统。位错的形成在固-液界面和密度波的干涉前面的结晶负责的生长前沿，导致球晶状纳米结构的新的取向的外观。
2017-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Scanning probe microscopy and field emission schemes for studying electron emission from polycrystalline diamond
这封信介绍了一个图表，合理化隧道原子力显微镜（TUNA）观察电子发射从多晶金刚石在最近的出版物中描述。通过TUNA直接观察到的来自晶界位置的电子发射确实可以作为电子在外部电场下源自晶界的证据。同时，从图中可以看出，TUNA和场致发射方案在结果解释方面是互补的，而不是等同的。它进一步提出，TUNA可以提供更好的洞察发射机制，通过测量多晶金刚石表面上的势垒的详细结构。
2016-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Conditional grain-graph diffusion for property-guided inverse design of polycrystalline microstructures
Department of Materials Science and Engineering, University of Toronto（多伦多大学材料科学与工程系）
提出条件晶粒图扩散框架，结合增强晶粒图神经网络，高效实现双相Ti-6Al-4V微结构的性能引导逆设计，生成候选性能接近预设且晶体学一致性高，运行速度远快于随机搜索与进化优化。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci
A collapsed interface approach to resolve grain boundaries in finite element simulations of polycrystalline diffusion
University of Stuttgart（斯图加特大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
针对多晶扩散模拟中晶界处理难题，提出塌缩界面有限元方法，解析集成晶界厚度并嵌入表面单元，高效再现三维传输现象，揭示四种扩散机制，连接原子与连续介质预测。
2025-07-17 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of hydrogen diffusion in polycrystalline Nickel
Ansys UK Ltd（安斯英国有限公司）；Ansys Inc（安斯公司）
本研究通过多尺度建模方法，利用第一性原理计算和动力学蒙特卡洛模拟，研究多晶镍中氢的扩散行为，揭示晶界对扩散系数的影响。
2026-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Influence of composition and precipitation evolution on damage at grain boundaries in a crept polycrystalline Ni-based superalloy
研究了一种多晶镍基高温合金在850 $^\circ$ C蠕变前后晶间碳化物和硼化物的组织和成分演变。包裹在晶间$\rm γ'$层内的初级MC碳化物分解，导致形成不期望的$\rm η$相的层。这些层具有对应于Ni $_{3}$ Ta的组成，如通过原子探针层析术测量的，并且它们的结构与如通过透射电子显微镜揭示的D0 $_{24}$六方结构一致。电子背散射衍射表明，它们与相邻晶粒之间存在着不同的取向差。因此，这些层作为脆性再结晶区和裂纹萌生点。蠕变后MC碳化物的组成发生了很大变化，Ta含量降低，Hf和Zr含量增加，表明Hf和Zr的添加对MC碳化物的稳定性有有益的影响。相比之下，发现$\rm M_{5}B_3$硼化物在蠕变后微观结构稳定，并且没有实质性的组成变化。发现850 $^\circ$ C的硼化物变粗，在某些情况下导致进入$\rm γ'$耗尽区，然而，在那里没有观察到裂纹。讨论了在设计新型多晶高温合金时，第二相对高温合金组织稳定性的主要影响。
2019-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Growth of [001]-oriented polycrystalline Heusler alloy thin films using [001]-textured Ag buffer layer on thermally oxidized Si substrate for spintronics applications
本研究针对半金属Heusler合金实用化需求，通过在溅射Ar中通入N₂制备[001]取向Ag缓冲层，在热氧化Si衬底上得到具有B2有序、饱和磁化强度接近理论值的强[001]取向多晶CFGG薄膜，为工业级自旋电子器件提供高自旋极化电流源。
2024-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary migration in polycrystalline $α$-Fe
本研究利用高能X射线衍射显微技术研究多晶$α$-Fe在600 $^\circ$C退火前后的晶界迁移，发现晶界迁移由横向与法向运动组成，且其驱动力与曲率无关，颠覆了传统的曲率-速度关系预期。
2023-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Modelling Grain Boundaries in Polycrystalline Halide Perovskite Solar Cells
太阳能电池是半导体器件，其通过在照射时产生电荷来发电。为了获得最佳的器件效率，光生载流子必须在复合之前到达电接触层。深入了解复合过程和输运行为对于设计更好的器件至关重要。卤化物钙钛矿太阳能电池通常由多晶吸收层制成，但对晶界的性质和作用没有共识。本文综述了扩展缺陷研究的理论方法。我们介绍了最近的计算研究的晶界，其点缺陷分布的影响，在卤化物钙钛矿太阳能电池。最后，我们讨论了未来的研究方向。
2020-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Operando atomic-scale study of graphene CVD growth at steps of polycrystalline nickel
采用变温扫描隧道显微镜结合密度泛函理论模拟方法，研究了石墨烯在多晶镍（Ni）表面（100）晶粒上的生长.提供了在衬底的阶梯区域处统治石墨烯膨胀过程的原子机制的清楚描述，示出了根据要跨越的台阶的高度，可以遵循不同的路线。当生长的石墨烯薄片达到单原子台阶时，它与下面的Ni层共同延伸;对于较高的Ni边缘，涉及台阶缩回和石墨烯着陆的不同过程变得活跃。在步骤束，后一种机制导致一个特殊的“阶梯形成”的行为，其中相等宽度的梯田下形成过度生长的石墨烯，由C-Ni键形成和应力积累之间的能量成本的平衡在碳层驱动。我们的研究结果代表了在寻找优化多晶金属表面化学气相沉积石墨烯生产的新策略和方法方面朝着弥合材料差距迈出的一步。
2020-01-24 cond-mat.mtrl-sci
The plastic flow of polycrystalline solids
Universidad de Chile（智利大学）
提出将多晶固体建模为随机多面体集合的解析模型，通过晶粒滑动机制描述塑性变形，在镍基合金和不锈钢中与实验高度吻合，优于传统预设裂纹理论。
2025-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Stochastic 3D microstructure modeling of twinned polycrystals for investigating the mechanical behavior of $γ$-TiAl intermetallics
本文提出含相邻孪晶和内含孪晶的γ-TiAl多晶随机三维微观结构模型，结合傅里叶全场计算揭示孪晶对弹性响应的软化作用远大于形貌差异，并验证了双尺度均匀化估计。
2024-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Efficient and quantitative phase field simulations of polycrystalline solidification using a vector order parameter
提出了一种基于巨势泛函的矢量序参量相场模型，作为模拟合金多晶凝固的新方法。在这种方法中，巨势密度被设计为包含一组离散的有限阱，这是一种自然允许使用单个矢量场的多个晶粒的生长和受控相互作用的特征。我们验证了二元合金中的枝晶凝固在薄界面极限下遵循既定的定量行为。此外，它表明，晶界能和溶质反扩散定量与早期的理论工作是一致的，通过一个简单的固-固相互作用参数控制晶界能。此外，当考虑多晶聚集体和它们的粗化，我们表明，动力学遵循预期的抛物线生长规律。最后，我们展示了如何这个新的矢量序参量模型可以用来描述成核多晶系统通过热波动的矢量序参量，一个功能，迄今为止缺乏多相或多序参量为基础的相场模型。所提出的矢量序参量模型为多晶材料的模拟提供了一种实用而有效的计算工具。我们还讨论了扩展的序参量，以更高的维度作为一个简单的方法来模拟多个固相。
2021-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Multiple scattering theory for polycrystalline materials with strong grain anisotropy: theoretical fundamentals and applications
本文的工作是作者先前工作“强性质涨落非均匀弹性介质的多次散射理论”的理论基础和应用的自然推广，为发展强散射非均匀弹性介质的多次散射模型奠定了基础。在这项工作中，相应的多重散射理论的多晶材料与随机取向的各向异性微晶的发展。作为超声无损检测的应用，本文计算了航空工程中最重要的多晶材料之一高温钛合金的色散和衰减系数。研究了晶粒对称性、晶粒尺寸和合金元素对色散和衰减行为的影响。获得的关键信息对定量评估平均晶粒尺寸、监测相变、甚至估计燃气涡轮发动机中钛部件的化学成分的逐渐变化具有重要意义。对于地震学应用，在整个频率范围内获得了地球最上层内核的六方和立方多晶铁模型的速度和Q因子。这项工作提供了一个通用的，定量的模型表征各种多晶材料。它还可以扩展到包含更复杂的微观结构，包括具有或不具有纹理的椭球形晶粒，甚至多相多晶材料。该模型在航空航天结构的超声无损检测和评价中具有很大的应用潜力。为地震资料定量解释和反演地球内核物质组成和构造形成提供了理论框架。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
