Grain boundary strengthening of FCC polycrystals
采用计算均匀化方法分析了晶粒尺寸对面心立方多晶流动强度的影响。在有限应变塑性的背景下，每个晶粒的机械行为由基于位错的晶体塑性模型决定，并考虑到在晶界处形成堆积。所有的模型参数具有明确的物理意义，并确定了不同的FCC金属位错动力学模拟或实验。结果表明，晶粒尺寸对面心立方多晶体流动强度的影响主要取决于位错平均自由程与体相位错密度之间的相似系数$K$。最后，通过与Ni、Al、Cu和Ag的晶粒尺寸对流动强度的影响的实验结果的比较，验证了建模方法。
2019-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of multi-scale domains in ferroelectric polycrystals with non-uniform grain-size distributions
研究DyMnO3多晶非均匀晶粒尺寸分布下多尺度畴共存现象，发现其源于六方锰酸盐固有的反常畴尺寸/晶粒尺寸依赖关系，为非均匀微观结构铁电多晶的畴工程提供新维度。
2024-01-09 cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
Stiffness, strength, energy dissipation and reusability in heterogeneous architected polycrystals
本文设计并测试了由硬质塑性体和软质弹性体组成的异质架构多晶体，通过工程化晶界与晶体学织构协同调控，实现了高回弹、高耗能与可重复使用性的兼顾。
2025-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
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
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
Effects of carbon nanotubes on grain boundary sliding in zirconia polycrystals
氧化锆多晶材料在高温下会发生热激活晶界滑移，导致塑性甚至超塑性形变，从而导致力学性能急剧下降。由于GB滑动是材料中能量耗散的来源，机械损耗测量非常适合于研究这种机制。他们揭示，在一般情况下，机械损耗峰值，这演变成一个指数增加在较高的温度。当多晶陶瓷中存在晶间玻璃膜或/和非晶口袋时，机械损耗整体较高，蠕变速率也较高。在这里，我们表明，在氧化锆中引入碳纳米管，特别是，大大减少GB滑动，从而在高温下的机械损失。通过高分辨率透射电子显微镜在晶界处观察到纳米管，并且纳米管与通过边界的超塑性流动的减少有关，这应该提高材料的抗蠕变性。
2007-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Diffuse-interface polycrystal plasticity: Expressing grain boundaries as geometrically necessary dislocations
在多晶体中建模塑性的标准方法是通过在每个晶粒中使用单晶的晶体塑性模型，并在晶界上施加合适的牵引和滑动边界条件。在这种方式中，系统被建模为一组边界值问题与匹配的边界条件。在本文中，我们开发了一个多晶材料的扩散界面晶体塑性模型，结果在一个单一的边界值问题与单晶作为参考配置。使用变形梯度的乘法分解为晶格和塑性部分，即F（X，t）= F^L（X，t）F^P（X，t），通过将F^L施加为分段恒定旋转场R^0（X），并且F^P = R^0（X）^T，从而具有F（X，0）= I和零弹性应变，来构造初始无应力多晶。该模型作为一个先驱，高阶晶体塑性模型与晶界能和演变。
2017-06-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
A unified framework for polycrystal plasticity with grain boundary evolution
多晶体中的塑性形变由晶内滑移和晶界介导塑性之间的相互作用控制。然而，虽然体位错所起的作用是相对较好的理解，晶界（GB）的贡献最近才开始研究。已知GB塑性与体塑性一起在宽范围的条件下起关键作用，例如动态恢复、超塑性、剧烈塑性形变等，并且开发能够同时捕获GB和体塑性的模型已经成为高度相关的主题。在本文中，我们开发了一个多晶塑性模型，能够模拟各种晶粒边界介导的塑性过程，结合体位错滑移的一致性。该模型从单晶的描述开始，并通过使用作者开发的专门设计的乘法分解来创建无晶格应变的多晶配置。这导致了一个特定的几何必要位错（GND），定义基本GB功能，如取向不良和倾斜的介绍。该系统的演变是基于能量泛函，该能量泛函使用GND张量的非标准函数来考虑晶界能以及标准弹性能。我们的实现建立在光滑的描述GBs的启发扩散界面模型的晶粒演化数值方便。我们通过模拟各种各样的现象，如剪切引起的GB滑动，耦合GB运动，曲率引起的晶粒旋转和收缩，并通过位错亚晶粒的形成，和结晶的方法的一般性和潜力。
2017-09-28 cond-mat.mtrl-sci
The anisotropic grain size effect on the mechanical response of polycrystals: The role of columnar grain morphology in additively manufactured metals
本文针对增材制造金属的柱状晶粒形态，提出轴向晶粒尺寸与各向异性描述符，通过晶体塑性模拟揭示晶粒尺寸各向异性对力学响应各向异性的贡献呈平方反比关系。
2023-11-14 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
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
Geometry of polycrystals and microstructure
我们调查的几何形状的多晶体，表明凸晶粒的内部晶粒形成的多晶体是多面体的，而与一般的晶粒几何形状的多晶体的三相点是小的。然后，我们研究可能的马氏体形态所造成的晶间接触。对于四元到四元的转换，我们表明，均匀的零能量微观结构匹配的纯膨胀的晶界上必然涉及四个以上的变形梯度。我们讨论了这一结果的相关性，在各种材料中的微观结构，涉及二阶和三阶层压板的观察。最后，我们考虑更专门的情况下形成的双晶材料有两个马氏体能量阱（如正交单斜的转变），但没有任何限制的可能的微观结构，显示如何推广的阿达玛跳跃条件可以应用在晶界，以表明一个纯相在任何晶粒是不可能的最低能量。
2015-10-11 cond-mat.mtrl-sci math.AP
Landscape of grain boundary migration in polycrystals
School of Materials Science and Engineering, Shanghai University（上海大学材料科学与工程学院）
研究揭示多晶材料中晶界迁移与曲率及晶界能的关系，推导出更一般的迁移公式。
2026-01-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
Local melting attracts grain boundaries in colloidal polycrystals
我们发现，激光诱导的局部熔化吸引和变形的二维胶体晶体中的晶界。当与晶粒边缘接触的熔化区域再结晶时，它使晶界变形-这种吸引力是由变形的晶界构型的多样性驱动的。此外，这种吸引力提供了一种制造任意形状的人工胶体晶粒的方法，使晶界动力学的新实验研究成为可能，并最终暗示了一种制造具有设计师微结构的材料的新方法。
2017-11-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elastic Deformation of Polycrystals
我们提出了一个框架，耦合晶体取向的自由度与弹性应变的多晶体的弹性性能模型。我们的模型编码晶体的对称性，并考虑到明确的应变相容性引起的长程晶粒之间的相互作用。晶体取向和弹性相互作用的耦合允许单个晶粒通过外部载荷旋转。我们应用该模型来模拟单轴拉伸加载的二维多晶体内的线性弹性和系统的弹性非谐性，描述结构相变。我们调查的多晶的本构响应，并将其与形成多晶的晶体取向的单晶进行比较。
2002-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Domain-wall driven suppression of thermal conductivity in a ferroelectric polycrystal
本研究发现在非本征铁电ErMnO3多晶中，热导率随晶粒增大而降低，归因于畴壁声子散射，颠覆了传统晶界主导机制，为微结构工程调控热电与热管理性能提供新途径。
2025-04-22 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
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
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
Grain boundaries in minerals: atomic structure, phase transitions, and effect on strength of polycrystals
多晶材料中的晶界和界面是材料科学领域的重要研究课题。尽管他们的研究已有50多年的历史，但仍有许多悬而未决的问题。研究界面结构的主要挑战是其实验和理论观察和描述的极端复杂性。在晶界上存在的类似相的状态称为肤色，需要在他们的研究中付出更多的努力。在此，我们以方镁石（MgO）中的$Σ$ 5[310]（001）晶界为例，说明晶界对多晶矿物性质的影响。使用扩展的进化算法USPEX和现代机器学习的原子间势的组合，我们探索指定的晶界的配置空间，并预测其可能的类相状态。除了广泛研究的CSL型结构，我们发现了几个稳定的GB络合物与不同的原子密度在边界平面。晶界过剩体积的结构分析揭示了连续的阶段下，在边界平面的法线方向上施加的拉伸GB失败。我们的研究结果表明，界面化学和结构多样性可以令人惊讶的丰富，即使在看似简单和彻底的调查材料。我们在这里观察到的现象不是MgO特有的，应该是普遍的。
2021-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Fitting the grain orientation distribution of a polycrystalline material conditioned on a Laguerre tessellation
描述与晶粒微观结构相关的分布有助于物理学家理解材料中的过程及其性质。本文提出了一种通用的统计方法，用于分析晶粒的晶体取向在一个三维拉盖尔镶嵌数据集，它代表了多晶材料的微观结构。我们引入复杂的随机模型，这可能会取代昂贵的实验室实验：有条件的拉盖尔镶嵌，我们建议的立方晶格取向的分布，其中的相互作用是相邻晶粒的镶嵌方向对之间的相互作用模型。我们讨论的参数估计和模型比较方法的基础上，最大pseudolikastrophic以及图形化的程序，模型检查使用模拟。我们的方法被应用于分析一个数据集表示镍钛记忆合金。
2022-11-04 cond-mat.mtrl-sci stat.AP stat.ME
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
Two-dimensional stealthy hyperuniform polycrystalline disk packings
Princeton University（普林斯顿大学）
本文通过集体坐标优化方法生成超密集、隐形且超均匀的多晶圆盘堆积，并与标准分子动力学模型对比，发现其具有独特的晶粒尺寸分布、电磁波透明性和增强的扩散传播性。
2026-06-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
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
Mechanical properties of polycrystalline graphene based on a realistic atomistic model
石墨烯目前只能通过化学气相沉积法大量生长，这种方法可以产生多晶样品。在这里，我们描述了一种方法来构建现实的多晶石墨烯样品的原子模拟，并将其应用于研究其机械性能。我们发现，裂纹起始于晶界相遇的点，然后主要在锯齿形或扶手椅方向通过晶粒传播，与最近的实验工作一致。与早期的理论预测相反，我们观察到正态分布的本征强度（约为单晶石墨烯的50%）和失效应变，它们不依赖于晶粒之间的取向差角。外推的晶粒尺寸超过15纳米的结果在一个失败的应变约0.09和杨氏模量约600 GPa。当晶界交汇点被识别为Griffith裂纹时，强度的降低可以用传统的连续介质模型来充分解释。
2012-05-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
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
Complex strengthening mechanisms in nanocrystalline Ni-Mo alloys revealed by a machine-learning interatomic potential
纳米晶金属的强度随着其晶粒尺寸的减小而显著增加，这种现象称为Hall-Petch关系。然而，当颗粒变得太小时，这种关系就破裂了。实验研究已经通过稳定晶界（GB）在一组Ni-Mo合金中规避了这个问题。在这里，使用基于机器学习的原子间势（ML-IAP）的原子模拟，我们证明了逆Hall-Petch关系可以正确地再现，这是由于在Ni-Mo多晶中晶粒变小时主导变形机制的变化。据发现，原子冯米塞斯应变可以显着降低通过溶质掺杂和/或退火的小晶粒尺寸的多晶体，导致多晶体的强度增加。另一方面，对于大晶粒尺寸的多晶体，退火由于GB区域中的大的原子运动而弱化材料。在很宽的晶粒尺寸范围内，溶质和退火效应的叠加使小晶粒的强度比大晶粒的强度提高得多，从而导致在极小晶粒尺寸下的连续强化。总的来说，这项研究不仅证明了ML-IAP的可靠性，而且还提供了纳米晶体中复杂强化机制的全面原子观，开辟了一条新的途径来定制其机械性能。
2023-02-17 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
Polycrystal plasticity with grain boundary evolution: A numerically efficient dislocation-based diffuse-interface model
晶粒结构对合金材料的力学性能起着关键作用。设计晶粒结构需要全面了解材料在各种制造过程中晶界（GB）的演变。为此，我们提出了一个计算效率高的框架来描述体塑性和GBs的共同演变。我们把GB表示为扩散的几何必要位错，其演化描述了GB塑性。在此表示下，统一使用塑性形变梯度的演化方程，经典晶体塑性理论的核心方程来描述GBs和体塑性的演化。为了减少自由度的数量，我们提出了一个程序，它结合成一组控制方程的塑性形变梯度的每个滑移率的控制方程。最后，我们概述了一种方法来引入一个合成的潜力，以推动迁移的平面GB。三个数值例子来证明该模型。首先，缩放测试被用来证明我们的框架的计算效率。其次，我们研究了通过将圆形颗粒嵌入双晶体形成的三晶体的演化，并证明了我们模型的预测与Trautt和Mishin（2014）的分子动力学模拟之间的定性一致性。最后，我们通过模拟施加位移下的合成多晶的演化，展示了施加载荷在织构演化中的作用。
2021-10-24 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 critical assessment of the dislocation-driven model for superplasticity in yttria tetragonal zirconia polycrystals
本文批判性评估了钇稳定四方氧化锆多晶超塑性中阈值应力的两种解释，指出位错活动为制备假象，晶界钇偏析才是唯一机制。
2024-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Bimodal grain-size scaling of thermal transport in polycrystalline graphene from large-scale molecular dynamics simulations
石墨烯中的晶界在通过化学气相沉积制备的晶片级样品中是固有的。它们可以强烈地影响石墨烯的机械性能以及电子和热传输。在这项工作中，我们采用广泛的分子动力学模拟来研究大悬浮多晶石墨烯样品中的热输运。不同的控制晶粒尺寸的样品制备最近开发的有效的多尺度方法的基础上相场晶体模型。与以前的工作相比，我们的研究结果表明，缩放的热导率与晶粒尺寸意味着双峰行为与两个有效的Kapitza长度。的缩放是占主导地位的平面外（弯曲）声子的Kapitza长度是一个数量级大于面内声子。我们还表明，为了获得与最新实验的定量一致，需要对晶界的Kapitza电导和原始石墨烯的热导率进行量子校正，并且相应的Kapitza长度必须相应地重整化。
2017-09-27 cond-mat.mes-hall 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
Self-consistent homogenization approach for polycrystals within second gradient elasticity
提出 Kröner 自洽格式的推广形式，结合扩展 Eshelby 方法在二阶梯度弹性理论中确定多晶体的标准与梯度有效弹性模量。
2023-04-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Crystal plasticity simulation of the effect of grain size on the fatigue behavior of polycrystalline Inconel 718
基于微观结构的模型，考虑晶粒尺寸的影响，已被开发用于研究晶粒尺寸对Inconel 718合金疲劳寿命的影响。通过在400 $^\circ$ C温度下进行完全反向变形（$R_\varepsilon$ = -1）的单轴循环变形试验，测定了两种不同晶粒尺寸合金的低周疲劳行为。该模型的基础上确定的疲劳指标参数（基于局部晶体应变能耗散每个周期）通过计算均匀化的一个代表性的体积元素的微观结构。单晶内的多晶的机械响应进行建模，通过一个现象学晶体塑性模型，该模型被修改，以考虑晶粒尺寸的单调和循环硬化/软化机制的影响。通过细晶材料的实验测试，标定了基于微观结构的裂纹萌生模型参数。疲劳模拟的结果与实验结果在循环应力-应变曲线和疲劳裂纹萌生的循环次数方面吻合得很好。该模型没有显示出任何晶粒尺寸对疲劳寿命的最大循环应变范围的影响，而预测的疲劳寿命预测是相当长的情况下，细晶粒尺寸的微观结构的最低应变范围，在定量协议与实验数据。这些差异是由于在大循环应变范围内的均匀塑性形变和在低循环应变范围内的几个晶粒中的局部塑性之间的变形模式的变化。
2018-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermoelectric figure of merit in polycrystalline carbon nanostructures
碳纳米结构中经常观察到晶界，但它们对热和电性能的影响仍然没有完全了解。利用密度泛函紧束缚理论和非平衡格林函数相结合的方法研究了碳基体系中电子和声子的输运。在这项工作中，量子输运和热电性能的石墨烯片，石墨烯纳米带和碳纳米管的各种晶界类型在一个较宽的温度范围内进行了总结。受先前发现的无序散射声子比电子更有效的启发，预期多晶系统的热电性能会有显着改善。由于该效应对晶界类型略微敏感，我们证明晶界是一种可行的工具，可以大大提高品质因数，为新型热电材料的设计铺平道路。
2015-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intergrain current flow in a randomly oriented polycrystalline SmFeAsO0.85 oxypnictide
我们报告了一个多晶SmFeAsO0.85（Sm 1111）散装，我们早先估计显着的晶间临界电流密度JC的本地晶间连接的直流传输研究。我们结合低温激光扫描显微镜（LTLSM）和扫描电子显微镜观察发现只有少数晶粒到晶粒的传输电流路径，其中大部分关闭时，施加磁场。这些区域通常发生在电流穿过Fe-As的地方，Fe-As是围绕Sm 1111晶粒的正常金属润湿相，产生超导-正常-超导接触的密集阵列。我们的研究指出，需要减少颗粒边界润湿Fe-As相的量，以及磷属元素化物颗粒内的裂纹密度，因为这些缺陷产生多连接的电流阻断网络。
2009-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Identification of active slip systems in polycrystals by Slip Trace -- Modified Lattice Rotation Analysis (ST-MLRA)
一个简单而通用的策略，命名为滑移线-修正晶格旋转分析（ST-MLRA），提出了使多晶合金的表面信息的活动滑移系统的识别。滑移面迹线取向被用来定义潜在的活动滑移面，而活动滑移面内的实际滑移方向是从晶粒旋转获得的，如由作为变形结果的极图中的晶粒取向的迹线的拉伸所指示的。该策略在HCP镁合金中的应用实例用于说明。他们表明，该策略是简单的实施，并允许识别每个晶粒中的主动滑移系统。
2022-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Correlative Imaging of Individual CsPbBr3 Nanocrystals: Role of Isolated Grains in Photoluminescence of Perovskite Polycrystalline Thin Films
本研究通过关联显微镜对单个CsPbBr3纳米晶体进行表征，发现其光致发光蓝移源于尺寸相关的量子限制效应，且化学计量比均匀。
2023-05-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Modeling of experimentally observed topological defects inside bulk polycrystals
本研究开发了计算多晶晶粒内实验观测缺陷弹性场的严谨方法，结合锆样品的近场高能X射线衍射显微镜测量数据，识别出亚晶界的表观旋错线缺陷并计算其弹性场。
2023-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Correlated domain and crystallographic orientation mapping in uniaxial ferroelectric polycrystals by interferometric vector piezoresponse force microscopy
NTNU Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）；Asylum Research an Oxford Instruments Company（阿苏姆研究（牛津仪器旗下公司））；University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学）；Research Center Future Energy Materials and Systems, Research Alliance Ruhr（鲁尔研究联盟未来能源材料与系统研究中心）
该研究利用干涉矢量PFM技术，实现了对一维铁电多晶中晶格取向和域结构的高精度纳米级表征与映射。
2026-01-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Non-destructive determination of phase, size, and strain of individual grains in polycrystalline photovoltaic materials
我们展示了一种非破坏性的方法来提供结构特性的颗粒水平的吸收层的锌黄锡矿太阳能电池。众所周知，由于具有非常相似的晶格参数的几个相的共存，锌黄锡矿太阳能电池在结构上难以表征。具体而言，我们提出了一个全面的研究597晶粒的吸收层的1.64%的效率Cu2ZnSnS4（CZTS）薄膜太阳能电池，其中15个晶粒对应于第二相ZnS。通过三维X射线衍射（3DXRD），我们获得了统计的相，尺寸，取向，应变张量的晶粒，以及它们的孪晶关系。我们观察到在膜的平面中的平均拉伸应力为约70 MPa，并且沿着膜的法线的压缩应力为约145 MPa。在晶粒水平，我们推导出一个三维应力张量，偏离双轴模型通常假设的薄膜。41%的颗粒是双胞胎。我们计算了六种类型的$Σ$ 3边界的频率，发现沿轴旋转180°<221>是最常见的。该技术一般可应用于多晶薄膜太阳能电池，其中应变可影响吸收层材料的带隙，并且孪晶界在电荷传输机制中起作用。
2020-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Compatibility of Martensitic Microstructures in Polycrystals
Heriot-Watt University（赫瑞-瓦特大学）；University of Sussex（萨塞克斯大学）
研究多晶体中马氏体微观结构在晶界处的相容性，通过计算机辅助计算等方法，分析不同转变情形下的相容性条件，定义并研究泰勒集，证明其新上界，解释高阶层合板现象并给出相关结果证明。
2026-11-03 cond-mat.mtrl-sci math.AP
Electronic transport in polycrystalline graphene
大部分可用的宏观量的材料都是多晶的。石墨烯是最近发现的一种二维碳，具有在未来电子产品中取代硅的强大潜力，也不例外。越来越多的证据表明，使用各种技术获得的石墨烯样品具有多晶性质。晶界是多晶材料的固有拓扑缺陷，有望极大地改变石墨烯中的电子输运。在这里，我们发展了一个理论的载流子传输通过晶界组成的周期性阵列的位错在石墨烯的基础上的动量守恒原理。根据晶界结构，我们发现两种不同的传输行为-高透明度，或完美的反射载流子在非常大的能量范围。第一性原理量子输运计算被用来验证和进一步研究这种惊人的行为。我们的研究揭示了大面积石墨烯样品的输运性质。此外，具有可调传输间隙的周期性晶界的有目的的工程设计将允许控制电荷电流，而不需要在其他半金属石墨烯中引入体带隙。所提出的方法可以被视为构建实用石墨烯电子器件的一种手段。
2010-07-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase-field modeling of ductile fracture across grain boundaries in polycrystals
本研究针对多晶金属延性断裂的损伤与微裂纹问题，将单晶延性相场断裂框架扩展至多晶，提出耦合损伤的新型微柔性边界条件，验证其能实现硬化阻滑移、断裂生跨晶界微裂纹的效果，可用于模拟孔洞聚合与三维裂纹前沿。
2024-10-31 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
High-energy coherent X-ray diffraction microscopy of polycrystal grains: first steps towards a multi-scale approach
我们提出的概念验证成像测量的多晶材料，集成了传统的高能量X射线衍射显微镜的元素与相干衍射成像技术，并可以使原位应变敏感的晶格结构的成像在合奏的深埋晶体超过五十年的长度尺度后，完全实现。这种多尺度成像能力对于解决诸如材料科学和工程、化学和固态物理等各种研究领域中的重要问题至关重要。为实现这一最终目标，现说明以下关键方面：1）在当前的第三代同步加速器光源下在52 keV下对亚微米级微晶进行高能布拉格相干衍射成像（HE-BCDI），2）以平滑集成的方式结合远场高能衍射显微镜（ff-HEDM）对多晶样品的晶粒进行HE-BCDI，以及3）经由ff-HEDM获得的晶粒系综的取向信息，ff-HEDM用于对单个目标晶粒的多个布拉格反射执行互补HE-BCDI。这些步骤为将HE-BCDI（其通常提供数十纳米的空间分辨率）集成到广泛的一套成熟的HEDM方法中奠定了基础，将HEDM扩展到几微米分辨率范围之外并进入纳米级，并将该方法定位为充分利用X的数量级改进，目前在世界范围内建造和调试的第四代光源所期望的射线相干性。
2019-04-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
