On the effect of slip transfer at grain boundaries on the strength of FCC polycrystals
通过计算均匀化微结构的代表性体积元，分析了滑移传递对各种FCC多晶体流动强度的影响。晶体行为由基于物理的晶体塑性模型在有限应变的框架中控制，其中允许在根据几何标准适当取向的滑移系统之间在晶界处的滑移转移。相反，如果不满足滑移转移的条件，则滑移转移被阻断，导致位错堆积的形成。每种材料的所有模型参数都是从位错动力学模拟或文献中的实验数据中确定的。滑移转移导致的多晶体的流动应力的减少（与不透明的晶界的模拟相比），这是依赖于在微观结构中的半透明和透明的晶界的分数。此外，位错密度和Von Mises应力高得多的不透明晶界，这成为合适的地方损伤形核。最后，在Al，Ni，Cu和Ag多晶体中的Hall-Petch效应，包括滑移转移的预测与文献结果更好地吻合，与假设所有晶界是不透明的预测相比，特别是对于小晶粒尺寸（$<$ 20 $μ$ m）。
2021-09-22 cond-mat.mtrl-sci
An analysis of the influence of grain size on the strength of FCC polycrystals by means of computational homogenization
采用基于多晶体集合体计算均匀化的多尺度策略，分析了晶粒尺寸对面心立方多晶体流变应力的影响。每个晶体的力学行为由基于位错的晶体塑性模型给出，其中临界分解剪应力遵循泰勒模型。变形过程中每个滑移系中位错的产生和湮灭由Kocks-Mecking模型给出，该模型经过修改以考虑晶界处的位错储存。以多晶Cu为例验证了模拟策略，所有模型参数均由位错动力学模拟或实验获得，模拟结果与文献中的实验数据吻合较好。该模型被应用于探讨不同的微观结构因素（初始位错密度，晶粒尺寸分布的宽度，织构）的晶粒尺寸效应的影响。结果发现，初始位错密度，$ρ_i$，起着主导作用的晶粒尺寸效应的大小和流动应力的依赖性与晶粒尺寸的逆幂（$σ_ y -σ_\infty \propto d_g^{-x}$）打破了大初始位错密度（$> 10^{14}$ m $^{-2}$）和晶粒尺寸$d_g > $ 40 $μ$ m FCC金属。然而，它被发现，晶粒尺寸的贡献强度遵循幂律函数的无量纲参数$d_g\sqrt{ρ_i}$的应用应变（$<$ 2 \%）的小值，与以前的理论考虑塑性的尺寸效应。
2018-01-16 cond-mat.mtrl-sci
The structure and motion of incoherent Σ3 grain boundaries in FCC metals
利用合成驱动力分子动力学模拟研究了三种非相干孪晶晶界：<112>、<110>和<111>倾斜晶界的晶界迁移率。这些边界的小面上的低能量的飞机，和步骤流边界运动发生滑动的三重态的部分位错，包括移动的小面。系统的趋势与倾角的识别和表征。观察热激活，反热，和非热运动的肖克利部分位错沿密排和非密排方向的取向解释。热激活边界遵循与小平面粗糙化过渡相关联的补偿效应。对于所有小面边界，必须小心选择系统尺寸和驱动力，以防止模拟伪影。
2017-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic survey of grain boundary dislocation interactions in FCC Nickel
众所周知，晶界（GBs）对多晶材料的力学性能有很大的影响。不为人所知的是不同的GB如何与位错相互作用，以影响位错运动。本工作提出了一个分子动力学研究33个不同的FCC镍双晶，每个受到四个不同的应变状态，以诱导入射位错GB相互作用的132个独特的配置。由此产生的模拟进行分析，以确定的相互作用，影响通过GB的位错传输的可能性，以更好地通知多晶体内的位错运动的介观模型的属性。它被发现的能力来预测的滑移系统的传输位错使用常见的几何准则被确认。此外，机器学习过程的实施揭示了几何属性，如最小潜在的剩余伯格斯矢量（RBV）和两个晶粒之间的取向差，是更强的指标是否位错将传输比其他属性，如解决的剪切应力。
2019-02-05 cond-mat.mtrl-sci
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
Knowledge-Transfer based Cost-effective Search for Interface Structures: A Case Study on fcc-Al [110] Tilt Grain Boundary
确定界面原子构型是材料科学研究的重要课题之一。虽然理论模拟是有效的工具，但由于界面结构的高自由度，穷举搜索在计算上是禁止的。在界面结构搜索中，需要探索由各种取向角度创建的多个能量表面，并且由于超晶胞尺寸的显著变化，不同角度的必要计算成本显著变化。在本文中，我们引入了两个机器学习的概念，称为迁移学习和成本敏感搜索，接口结构搜索。作为一个案例研究，我们证明了我们的方法的有效性，称为成本敏感的多任务贝叶斯优化（CMB），使用fcc-Al [110]倾斜晶界。四个微观参数，三维刚体平移，和原子柱的数量，通过转移不同的取向角之间的能量表面的知识进行优化。我们表明，转移知识的不同能量表面可以加速结构搜索，并考虑成本的变化，进一步提高了总效率。
2018-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of the Hall-Petch effect in FCC polycrystals by means of strain gradient crystal plasticity and FFT homogenization
晶粒尺寸对各种FCC多晶体（Cu，Al，Ag和Ni）的流动应力的影响进行了分析，通过计算均匀化的一个代表性的体积元素的微观结构，使用FFT方法结合应变梯度晶体塑性模型。利用傅立叶空间中旋度运算得到的Nye张量，计算了不同晶体间塑性形变不相容性所导致的几何必需位错密度。模拟结果与Cu、Al、Ag和Ni多晶体的实验数据（晶粒尺寸> 20 μ m且应变< 5%）吻合良好，并且为Al和Ni中晶界提供的比Cu和Ag更高的强化提供了物理解释。研究表明，FFT与应变梯度晶体塑性相结合，可以用来包括晶界的多晶体的机械行为的影响，使用现实的微观结构的代表性体积元素。
2019-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Quasiperiodic [110] Symmetric Tilt FCC Grain Boundaries
本文利用Landau-Brazovskii模型研究[110]对称倾斜FCC晶界，发现准周期晶界遵循广义Fibonacci替换规则，揭示了其向周期晶界转变的机制，并提出精确计算任意倾斜角晶界能量的方法。
2024-06-05 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Cylindrical void growth vs. grain fragmentation in FCC single crystals: CPFEM study for two types of loading conditions
本文利用CPFEM研究FCC单晶中圆柱形孔洞生长/坍塌与晶粒细化之间的耦合，通过两种边界条件对比应力与应变驱动加载，并分析初始取向和双轴比对孔洞演化及晶粒碎化的影响。
2023-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure evolution and thermal stability of equiatomic CoCrFeNi films on (0001)alpha-Al2O3
在（0001）a-Al_2 O_3（c-蓝宝石）衬底上，室温下制备了均匀的面心立方（fcc）CoCrFeNi多晶薄膜。研究了200 ~ 670 nm厚薄膜在973 ~ 1423 K温度范围内的相稳定性和形貌稳定性。fcc相持续存在，而<111>30-100 nm宽的柱状晶粒的原始织构演变成~10或~1000微米宽的晶粒。只有与蓝宝石具有特定取向关系的晶粒生长;如在纯面心立方金属（M）膜的情况下，发现4种取向关系（OR）：OR 1（M（111）[1-10]//α-Al 2 O 3（0001）[1-100]）和OR 2（M（111）[1-10]//α-Al 2 O 3（0001）[11-20]）及其孪生相关变体（OR 1 t和OR 2 t）。低于1000 K，膜的微观结构稳定成10微米宽的OR 1和OR 1 t孪晶膜厚度无关。在1000 K以上，OR 2和OR 2 t晶粒膨胀到超过膜厚度的1000倍以上的尺寸。在退火时，薄膜要么保持其完整性，要么破裂，这取决于晶粒生长和晶界开槽的竞争动力学。三重交界处的晶界，在电影的稳定性的主要演员，进行了跟踪。较薄的膜和较高的温度有利于膜破裂的去湿从孔槽在三重结下到基板。OR 2和OR 2 t晶粒的晶界迁移得足够快，以克服可能引发破裂的空穴的成核。OR 2和OR 2 t晶粒在这种复杂的合金中的生长速度比纯fcc金属在相同的同源退火温度。
2020-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Application of machine learning potentials to predict grain boundary properties in fcc elemental metals
精确的原子间相互作用势是大规模原子模拟材料的高要求，这是昂贵的密度泛函理论（DFT）计算。在这项研究中，我们将最近构建的知识库中的机器学习潜力应用于面心立方元素金属中晶界能的预测，即，Ag、Al、Au、Cu、Pd和Pt。机器学习潜力的系统应用表明，它们使我们能够准确地预测晶界结构及其能量。尽管在本MLP的训练数据集中没有包括晶界结构，但由MLP预测的晶界能与DFT计算的晶界能一致。
2020-08-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Decomposition process in a FeAuPd alloy nanostructured by severe plastic deformation
研究了Fe_（50）Au_（25）Pd_（25）（at.%）经过剧烈塑性形变加工的合金。用X射线衍射和透射电子显微镜观察相的特征和显微结构。在$450 ^{circ}\mathrm{C}$中均匀化和时效的粗晶合金中，bcc结构的α-Fe和fcc结构的AuPd相在fcc结构的过饱和固溶体中形核，并通过不连续的析出过程长大，形成典型的片层组织。高压扭转使FeAuPd合金的晶粒尺寸减小到50 ~ 100 nm。在$450 ^{circ}\mathrm{C}$下时效，这种纳米结构导致固溶体分解成等轴显微结构。在时效过程中，晶粒生长非常有限，晶粒尺寸保持在100 nm以下。具有不同晶体结构的两相（bcc α-Fe和fcc AuPd）和纳米级晶粒尺寸的组合导致合金的显著硬化
2009-01-09 cond-mat.mtrl-sci
A Grain Boundary Embrittlement Genome for Substitutional Cubic Alloys
本文利用通用原子间势构建了覆盖15种基体金属和75种溶质元素的Σ5[001](210)晶界偏聚与脆化基因组，为FCC和BCC二元合金的高角晶界脆化设计提供数据工具。
2025-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Investigating the origin of cube texture during static recrystallization of fcc metals : A full field crystal plasticity-phase field study
中、高层错能面心立方金属立方再结晶织构的起源问题已争论了近70年。尽管有大量的实验和模拟研究，许多问题的成核和立方体晶粒的生长仍然没有得到解决。在这里，我们应用全场晶体塑性模型，利用位错密度为基础的本构理论，研究在平面应变压缩下的变形和织构的演变在铜（Cu）。此外，我们使用相场法，随着随机形核模型，静态再结晶模拟。模拟结果表明，随着应变的增加，变形过程中立方相的体积分数减小。虽然立方晶粒在平面应变压缩过程中是不稳定的，但一些非立方晶粒向立方方向旋转，并在晶界附近形成窄的立方带。随着变形量的增加，立方分量比其他织构分量更快地积累位错密度。在静态再结晶过程中，立方晶区的高储能导致立方晶优先形核。这些立方核起源于晶间立方带。虽然立方体组分具有明显的成核优势，但没有一种织构组分似乎具有生长优势。相反，模拟结果表明，核的非均匀分布产生的晶粒尺寸分布有深远的影响。在再结晶过程中，观察到立方体积分数的显着增加，主要是由于立方晶粒的高形核频率。
2020-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wedge disclination description of emergent core-shifted grain boundaries at free surfaces
在自由表面处出现的晶界控制材料特性，例如纳米材料强度、催化和腐蚀。最近在实验上发现了铜（111）表面上出现的界面重构现象，原子计算表明这种现象在面心立方金属系统中具有普遍性。重构是由于倾向于使边界的倾斜轴在（1-10）平面上朝向[112]移动，并最终形成低能[112]核心移动边界（CSB）。然而，观察到的几何形状，这些紧急边界是不再现原子计算和驱动力仍然是有争议的，由于计算连续分析和原子计算之间的不一致。在这里，使用原子计算，涉及一个有条不紊的移位的位错核心，我们证实了在实验中观察到的紧急边界的核心移位和调和的原子计算与弹性分析，通过列入一个直楔向错在自由表面。
2023-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Predicting grain boundary energies of complex alloys from ab initio calculations
通过对纯面心立方金属晶界能及其表面能的从头算研究，提出了一种估算复杂多元合金晶界能的稳健方法。输入参数是合金的表面能，这可以很容易地通过基于密度泛函理论的现代从头计算获得。该方法被证明在顺磁性铁铬镍合金的情况下，可靠的晶界数据是可用的。
2021-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Energy of low angle grain boundaries based on continuum dislocation structure
在本文中，我们提出了一个连续体模型来计算任何给定的自由度（任意旋转轴，旋转角和边界平面取向）的连续位错结构的基础上的低角度晶界的能量。在我们的连续介质模型中，我们尽量减少晶界能量与位错结构的约束弗兰克的位错公式与所有可能的伯格斯矢量。用罚函数法将约束极小化问题转化为无约束极小化问题。晶界位错结构近似为直位错网络，预测晶界的能量和位错密度。晶界能的基础上计算的位错结构是能够将其各向异性的性质。我们使用我们的连续介质模型，系统地研究了面心立方铝中$<111>$小角度晶界的能量与任何边界平面取向和所有六种可能的Burgers矢量。与原子模拟结果的比较表明，我们的连续体模型是能够给小角度晶界的能量和位错密度的良好的预测。我们还研究了在其他自由度不变的情况下，面心立方铝中小角度晶界随旋转轴变化的能量。经过适当的修改，我们的模型也适用于异质界面的位错结构和能量。
2016-12-18 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
Deformation of micrometer and mm-sized Fe2.4wt.%Si single- and bi-crystals with a high angle grain boundary at room temperature
体心立方（BCC）金属中的塑性，包括晶界处的位错相互作用，比面心立方（FCC）金属中的塑性少得多。在低温下，由于Peierls势垒对位错运动的额外阻力变得重要，这增加了塑性的复杂性。铁硅钢是一种有趣的模型BCC材料，因为特定取向晶粒和特定晶界处的位错结构的演变不仅对变形行为而且对磁性能具有深远的影响，这在其作为电工钢的最终应用中是重要的。在这项研究中，两个不同的取向的微柱（1，2，4微米直径）和大柱（2500微米）和它们相应的双晶体压缩实验后，强度和位错结构的尺寸的效果进行了分析。使用不同的实验方法，如滑移轨迹分析，平面倾斜分析和横截面EBSD，我们表明，直接滑移传输发生，和不同的滑移系统是活跃的双晶体相比，他们的单晶同行。然而，尽管直接传输和一个非常高的传输系数，位错堆积在晶界处也观察到在变形的早期阶段。此外，尺寸缩放的效果与柱尺寸在单晶和双晶体中的晶粒尺寸被发现，这是一致的FCC金属在其他地方的调查。
2020-06-10 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
Effect of Interfacial Structural Phase Transitions on the Coupled Motion of Grain Boundaries: A Molecular Dynamics Study
本文采用分子动力学模拟研究了面心立方Cu的面心立方（210）[001]晶界两相的耦合运动。研究表明，界面结构相变的影响对剪切强度和耦合运动的性质都有深远的影响。具体地，两个不同相的运动由<100><110>具有不同幅度和偶数符号的理想耦合因子β和β来描述。此外，在模拟的最低温度下，观察到两个界面相的剪切强度相差高达40%。研究表明，晶界相变可能有强烈的影响，微观组织演变的动力学。
2014-05-14 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
Atomic scale analysis of grain boundary deuteride growth front in Zircaloy-4
Zr-4（Zr-1.5%Sn-0.2%Fe-0.1%Cr wt. %）电化学充入氘以产生氘化物，随后用原子探针断层摄影术和扫描透射电子显微镜分析以了解氢化锆的形成和脆化。在六方密排（HCP）α-Zr基体与面心立方（FCC）δ氘化物（ZrD 1.5 -1.65）的界面处，观察到HCP α-Zr相氘化物（ZrD 0.25 -0.5）。此外，Sn被排斥在氘化物之外并偏聚到氘化物/α-Zr反应前沿。
2018-06-28 cond-mat.mtrl-sci
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
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
A crystallographic model of the {557} habit planes in low-carbon martensitic steels
低合金钢由24种板条马氏体变体组成，这些变体表现出从Kurdjumov-Sachs（KS）到Nishiyama-Wassermann（NW）的取向梯度。它们被构造成在每个公共密排平面{111}fcc// {110}bcc上的四个包，并且每个包由三个块组成，所述三个块由成对的低错误取向变体构成。文献中报道的这类马氏体的惯习面为{557}fcc，但不清楚它们是对应于板条还是块体。在本文中，我们提出了晶体学计算证明，在一个块中的变体相关联的两个KS扭曲的平均值正是一个NW扭曲。为此，引入了一种新的平均失真矩阵的方法。它还表明，{575}面心立方的平面是让不倾斜的这种NW扭曲，因此是很好的理论候选人观察到的习惯面。然而，预测的{575}fcc平面不包含块体中两个变体的任何共同密排方向，这与当前的观点明显矛盾。为了澄清这一点，一些电子背散射衍射（EBSD）地图上获得不同的低碳钢，自动重建的前奥氏体晶粒和不同模型预测的惯习面的痕迹进行了分析和比较的形态。实验结果表明，{575}面心立方晶面是块体的惯态面，而一个块体的惯态面往往支配其他块体，这妨碍了对不同模型的区分。我们的模型的优点是它的简单性，没有拟合参数，和对称的作用所发挥的变体块。
2017-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary diffusion in CoCrFeMnNi high entropy alloy: kinetic hints towards a phase decomposition
在643 ~ 1273 K的宽温度范围内，测量了$^{57}$ Co，$^{51}$ Cr，$^{59}$ Fe和$^{54}$ Mn在粗晶单相面心立方CoCrFeMnNi高熵合金中的晶界自扩散行为，研究了C型和B型动力学机制下的自扩散行为。结果表明，在温度$T>800$ ~K范围内，所有元素的偏聚因子$s$与晶界宽度$δ$的乘积约为0.5~nm。而在高于800 K的较高温度下观察到一个短路贡献，在C型动力学区域（643 - 703 K）中的穿透轮廓揭示了两个不同的贡献，暗示了在这些温度下在一部分大角度晶界处的相分解。一个相关的显微镜相结合的传输菊池衍射和原子探针断层扫描表明形成相邻的Ni-Mn丰富和Cr丰富的沉淀物在一段高角度晶界。透射电子显微镜显示，在这样的界面附近的位错密度增加，这是建议在低温下的增强扩散速率的原因，这样的短路。
2020-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Photo-induced spall failure of (111) twist grain boundaries in Ni bicrystals
本文通过双温分子动力学模拟研究了Ni双晶在双脉冲激光下的光致层裂失效，发现取向差角和晶界显著影响位错活动与层裂行为，为通过调控取向差角增强材料抗层裂能力提供了依据。
2025-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Disconnection-Mediated Twin/Twin-Junction Migration in FCC metals
我们提出了新的，时间分辨的，原位高分辨透射电镜观察，分子动力学（MD）模拟和断开理论，阐明了机制，通过断开运动/反应在/邻近GB三重结（TJ）的晶界（GB）在多晶材料的运动耦合的结果。我们专注于由一对相干孪晶界（CTB）和一个109 GB的TJ。对于所有的GBs，断开理论意味着CTB迁移的多种模式/局部机制是可能的，并且模式选择受到迁移驱动力性质的影响。虽然我们观察（HRTEM和MD）CTB迁移通过纯步骤的运动驱动的化学势跳跃，其他实验观察（和我们的模拟）表明，应力驱动的CTB迁移发生通过运动断开与非零伯格斯矢量;这些是纯步骤和孪生部分CTB迁移机制。我们的实验观察和模拟表明，一个GB的运动拖动其划界TJ，并可能迫使运动的其他GB会议在TJ。我们的实验和模拟集中在两种类型的TJ组成的一对CTB和一个109 GB; 107° TJ容易迁移，而70° TJ是不动的（实验，模拟）与我们的断开理论一致，即使组成GB的固有迁移率不依赖于TJ类型。我们还表明，断开可能会形成在TJ（化学势跳跃/应力驱动）和GB/自由表面结（应力驱动）。
2022-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Inference and Prediction of Nanoindentation Response in FCC Crystals: Methods and Discrete Dislocation Simulation Examples
纳米压痕是一种用于探测晶体材料的机械性能的常用技术，其表现出与母晶体的弹性和塑性相关的表面和体积主导的响应。对于面心立方晶体，纳米压痕响应主要由压痕晶粒的晶体取向和位错密度控制。然而，压痕性能，如硬度，在纳米级由于尖端特定的尺寸效应具有模糊的意义。通过广泛的离散位错动力学模拟平冲纳米压痕FCC单晶，我们表明，一个一对一的对应关系之间的缩进位置和预先存在的位错密度是可能的统计，机器学习算法的帮助下。我们聚类和分类不同的位错密度和/或晶体取向的各种实验合理的合奏，使用纳米压痕力-深度曲线或后的表面位移图像。我们使用这种分类来统计预测给定位置的纳米压痕响应，通过分类的载荷-位移曲线的平均响应。此外，我们表明，我们的模拟结果与常见的FCC单晶的实验数据定性一致。最终，我们提出了一种新的途径，以揭示更完整的，非破坏性的，微观结构表征，通过纳米压痕的局部表面材料性能的深度依赖性。
2020-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
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
Core shift controls grain boundary energy scaling in Cu and Al
关联了不同元素的晶界能。在任意两个f.c.c.元素几乎是恒定的，但铝是显著的例外，已知铝的这些常数变化很大。然而，铝的特殊行为的起源还不清楚。以前，我们报道过，对于面心立方金属，有一种倾向，即边界的倾斜轴在（1-10）平面上向[112]移动，并最终形成低能[112]核心移动边界（CSB）。通过比较铜和铝在（1-10）平面内具有不同倾斜轴的晶界能，我们现在报告在小角度晶界的情况下存在定义明确的标度行为。相比之下，高角度边界的缩放常数基本上是固定的，无论其倾斜轴偏移如何。这导致从低角度到高角度边界的标度常数逐渐变化，这是铝中发现的明显异常标度行为的原因。核心转移过程中的结构演变的分析点的意义的边界核心解离，在边界处的单个原子的相关弛豫的形式，在控制边界能量的缩放。
2023-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Structures and transitions in bcc tungsten grain boundaries and their role in the absorption of point defects
本文采用原子模拟方法研究了体心立方（bcc）金属钨的晶界相变。受最近面心立方（fcc）铜中[100]对称倾斜晶界中晶界相变的模拟研究的启发，我们对体心立方钨中[100]和[110]对称倾斜高角度和低角度晶界进行了系统的研究。这些边界的结构以前已经研究了原子模拟在几个不同的bcc金属，包括钨使用的γ-表面方法，这是有局限性的。在这项工作中，我们使用一个最近开发的计算工具的基础上的USPEX结构预测代码进行进化的巨正则搜索GB结构在0 K。对于大角度[100]倾斜边界，演化算法生成的基态与γ-表面方法的预测一致。对于[110]倾斜边界，搜索预测新的高密度低能量晶界结构和多个晶界相在整个取向差范围内。分子动力学模拟结果表明，新结构在高温下更加稳定。我们观察到一级晶界相变，并探讨结构的多样性如何影响点缺陷吸收的机制。具体而言，我们展示了一个两步成核过程，当最初的点缺陷被吸收通过形成具有较高密度的亚稳态GB结构，然后通过这种结构的转变成GB间隙循环或不同的GB相。
2018-04-14 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
Determination of five-parameter grain boundary characteristics in nanocrystalline Ni-W by Scanning Precession Electron Diffraction Tomography
本研究针对纳米尺度下三维五参数晶界测定的难题，利用扫描进动电子衍射断层扫描结合自动化后处理等方法，实现了纳米晶Ni-W试样晶粒的高保真三维重建，且共格Sigma 3晶界法向测定角度误差小于3°，推进了复杂晶界的精准表征能力。
2024-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Anatomizing deformation mechanisms in nanocrystalline Pd$_{90}$Au$_{10}$
我们利用同步加速器为基础的原位衍射和占主导地位的剪切变形，以确定，解剖，并量化相关的变形机制，在纳米晶$\mathrm{Pd}_{90}\mathrm{Au}_{10}$的晶粒尺寸在10 nm或以下的限制情况下。我们可以确定晶格和晶界弹性，剪切洗牌操作的核心区域的晶界，应力驱动的晶界迁移，位错剪切沿晶格平面的贡献，但是，与显着不同的和非平凡的应力依赖的份额，以整体变形。关于晶格弹性，我们发现胡克线性弹性占上风的最大应力值$\approx$ 1.6 GPa。在/沿晶界传播应变的剪切洗牌随着载荷的增加而逐渐增加，以在宏观塑性状态下承载约三分之二的总应变。应力驱动的晶界迁移需要克服略低于$\approx$ 1.4 GPa的屈服应力的阈值应力，并对总应变贡献$\approx$ 10%的份额。明显的位错活动开始于$\approx$ 0.9 GPa的应力值，然后增加并最终传播到总应变的最大份额$\approx$ 15%。在低于0.9 GPa的应力状态下，其特征在于切线模量显著降低，剪切洗牌和晶格和晶界弹性专门操作。在这种制度下的材料响应似乎表示非线性粘性行为，而不是与在传统的面心立方金属中观察到的加工硬化或应变硬化相关。
2017-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the role of Ca segregation on thermal stability, electrical resistivity and mechanical strength of nanostructured aluminum
实现低重量铝合金的高机械强度和高导电性的组合需要充分理解纳米尺度特征和物理性质之间的关系。通过晶粒尺寸减小的晶界强化提供了一些有趣的可能性，但受到热稳定性问题的限制。稳定的纳米级颗粒或晶界偏析的齐纳钉扎是众所周知的稳定晶界的策略。在这项研究中，铝钙系统已被选定调查的方式偏析影响机械强度和电阻率的组合。为此，通过高压扭转使Al-Ca复合材料严重变形，以实现平均晶粒尺寸仅为25 nm的纳米级结构。X射线衍射，透射电子显微镜和原子探针断层扫描数据显示，fcc Ca相溶解的大水平的塑性形变，主要导致沿晶体缺陷的Ca偏析。所得的显微硬度约300 HV是远远高于基于霍尔和佩奇定律的预测，并归因于有限的晶界介导的塑性，由于钙偏析。电阻率也比纳米结构Al的预期电阻率高得多。主要贡献来自Ca偏析，其导致被晶界反射或捕获的电子的分数比纯Al大两倍。在200{ \textdegree }C退火30 min后，通过原位和非原位显微镜研究两相状态，其中发生纳米级Al 4Ca颗粒的沉淀，并且平均晶粒尺寸达到35 nm。退火也显着降低电阻率，但它仍然比纳米结构的纯铝高得多，由于铝/铝4Ca界面，反射或陷阱超过85%的电子。
2020-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Effect of the atomic structure of complexions on the active disconnection mode during shear-coupled grain boundary motion
本研究比较fcc金属中domino与pearl两种晶界界面相，揭示微观原子结构会改变断开临界应力，甚至决定剪切耦合晶界迁移方向。
2024-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Effect of the atomic structure of complexions on the active disconnection mode during shear-coupled grain boundary motion
本研究比较 fcc 金属中 domino 与 pearl 两种晶界界面相变，揭示原子结构会改变断开临界应力，甚至决定剪切耦合迁移方向。
2024-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Misfit-dislocation hierarchy governs sliding of asymmetric non-CSL grain boundaries
Woodruff School of Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院机械工程学院）；School of Mechanics and Engineering Science, Peking University（北京大学力学与工程科学学院）；Institute of Microstructure and Property of Advanced Materials, Beijing Key Lab of Microstructure and Property of Advanced Materials, Beijing University of Technology（北京工业大学先进材料微结构及性能研究所）
本研究通过原子建模揭示非对称非CSL晶界滑动由初级和次级失配位错层级控制，提出统一晶体学与位错框架，阐明应力驱动滑动的微观机制。
2026-09-29 cond-mat.mtrl-sci
The structure and migration of heavily irradiated grain boundaries and dislocations in Ni in the athermal limit
利用CRA原子模拟研究FCC Ni中非热高剂量辐照下位错与晶界的稳态缺陷结构、演化及剪切力学响应，揭示硬化/软化与结构迁移规律。
2024-05-07 cond-mat.mtrl-sci
A taxonomy of grain boundary migration mechanisms via displacement texture characterization
本文提出位移纹理表征框架，结合滑移矢量分析、双晶晶体学与最优输运，系统分类FCC Ni双晶中晶界迁移的多模态重排机制，并揭示晶界面取向依赖性与亚稳几何的关系。
2021-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Surface-plasmon properties of noble metals with exotic phases
贵金属纳米颗粒由于其高度填充的等离子体激元代而成为等离子体激元应用的工业标准。尽管它们具有显著的等离子体性能，但它们在等离子体应用中的广泛使用通常由于对可用激光源的限制和在这些材料中保持机械强度所需的相对低的操作温度而受到阻碍。最近的实验工作，其中外来的六方密堆积（HCP）相已被确定在金（Au），银（Ag）和铜（Cu）的动机，我们提出了在这些材料中使用高精度的第一原理模拟的两个HCP多型体的等离子体性能。由于与面心立方（FCC）相相比吉布斯自由能差单调减小，孤立的HCP相通常在高温下达到热稳定性和机械稳定性。我们发现，这些多型体中的几个更难，并产生大量的等离子体激元在较低的能量与可比的寿命比他们传统的FCC同行。它还导致在嵌入到介电基质上的完美球形HCP相纳米颗粒中的局部表面等离子体共振（LSPR），其能量大大低于FCC对应物，寿命相当。LSPR峰的位置和寿命可以通过控制操作温度、基质的介电常数和晶粒尺寸来调节。我们的工作表明，贵金属纳米粒子可以定制开发异国情调的HCP相，以获得新的等离子体特性。
2021-09-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
Topological passivation makes high strength alloys insensitive to hydrogen embrittlement
East China University of Science and Technology（华东理工大学）；Max Planck Institute for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）；Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences（中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心）
通过拓扑钝化层提升合金抗氢致脆化能力，利用高密度位错和层状晶粒结构有效抑制氢扩散和裂纹扩展。
2025-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Effect of surface orientation on blistering of copper under high fluence keV hydrogen ion irradiation
研究结合扫描电镜实验与原子模拟，揭示了 keV 高通量氢离子辐照下多晶铜表面起泡行为与晶粒取向的关联及其微观机制。
2025-03-16 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
Visualization of defect-induced excitonic properties of the edges and grain boundaries in synthesized monolayer molybdenum disulfide
原子薄的二维过渡金属二硫属化合物（TMDC）是下一代纳米光电应用的重要材料。了解合成生长的TMDC的边缘和晶界的纳米级光学行为对于优化其光电性能至关重要。通过远场光学显微镜来阐明二维材料的纳米级光学特性需要衍射受限的光束直径亚微米尺寸。在这里，我们提出了我们的实验工作的空间光致发光（PL）扫描的大尺寸（$\geq 50$微米）单层MoS $_2$生长的化学气相沉积（CVD）使用衍射限制的蓝色激光束斑（波长405 nm）的光束直径小至200 nm，使我们能够探测纳米级激子现象，这是以前没有观察到的。我们发现了几个重要的特征：（i）存在亚微米宽度的条带（ii）存在另一个较亮的宽区域，其由终止于锯齿形外围边缘的拐角处的平行荧光线组成;（iii）在PL谱的边缘处存在一个巨大的蓝移A激子峰，其能量可达$\sim 120$ meV。利用密度泛函理论计算，我们将这种巨大的蓝移归因于氧二聚体在边缘的吸附，这降低了激子结合能。我们的研究结果不仅揭示了缺陷诱导的激子性质，但也提供了一个有吸引力的路线，通过缺陷工程定制的光学性能在TMDC边缘。
2016-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A quantized statistical model of flow stress and generalized Hall-Petch law for deformable polycrystalline materials. A temperature-dimension effect
本文提出了一个流变应力理论，包括晶粒尺寸d在10^{-8}~ 10 ^{-2}m范围内的PC材料在准静态塑性加载下的屈服强度。该理论是对arxiv：1803.08247;1908.09338等研究的回顾和发展。它是基于塑性加载下单模态PC试样各晶粒能谱分布的统计模型，最高能级等于最大位错能。发现的标量位错密度分布导致FS由于泰勒应变硬化包含通常的和异常的HP法律分别为粗和NC晶粒，并达到最大的极端晶粒尺寸d_0的数量级10^{-8}m。最大值随着T的减小和应变的增加而向较大晶粒的区域移动。在T= 300 K时，BCC（α-Fe），FCC（Cu，Al，Ni），HCP（α-Ti，Zr）PC材料的屈服强度的理论值与实验值符合较好，并研究了强度参量的T依赖性。结果表明，对于d> 3d 0的所有晶粒，YS随温度T的降低而增大，在NC区YS减小，从而确定了温度-尺寸效应（TDE）。将PC样品的单相模型扩展为两相模型，将软化的GB相引入两相模型，然后引入弥散（非）硬化。本文提出了准粒子能量量子化的解释，得到了上述不同小角度、大角度晶界和恒定气孔的样品的HP定律的解析和图解形式，第二相的变化使样品的YS最大值和相应的极值晶粒尺寸发生了移动，Al的YS在150- 350 K范围内与温度的关系证明了TDE的有效性。采用Backofen-Considere断裂准则，建立了α-Fe两相PC模型的1-和2-…
2019-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermal properties of nanocrystalline silicon nanobeams
在纳米尺度下控制热能传递在许多应用和热性质中已经变得至关重要，因为它常常限制器件性能。在这项工作中，我们研究的影响所产生的纳米级结构的独立的纳米晶硅薄膜和增加的表面体积比时，制造成悬浮的光机械纳米梁的热导率。我们表征了不同晶粒尺寸的结构中的热传输，并阐明了晶粒尺寸和几何尺寸对热导率的相对影响。我们使用微时域热反射法研究的晶粒尺寸分布的影响，从10到400 nm，在独立的纳米晶硅薄膜的热导率考虑表面声子和晶界散射。我们发现热导率急剧下降，下降到10 W.m^{-1}.K^{-1}或更低，这只是单晶硅电导率的一小部分。减小晶粒尺寸进一步降低导热率。我们还观察到，这种效果是较小的OM纳米结构比在膜由于在降低热导率的表面散射的竞争。最后，我们介绍了一种新的多功能非接触式表征技术，可以适应于任何结构支持的热位移光共振，并使用它来评估的热导率。这种方法可以用于与光学共振表现出不同的模式配置文件和数据示出同意定量与热反射测量。这项工作开辟了一条道路，以一个更普遍的热表征的光机械腔，并创建热点与工程形状在所需的位置在结构中作为一种手段，研究耦合光子-声子结构中的热输运。
2021-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
