浙江大学使用原位电镜技术揭示五重孪晶的内在变形机制


发布时间:

2021-11-02

当两个单独的晶体对称地共享同一晶格平面,即孪晶界(TB)时,就发生了晶体孪生。在极端情况下,当5个TBs在平行于其公共轴[110]的直线上并发连接时,就会出现五重孪晶。在块状金属样品中,五重孪晶通常在与晶粒生长相关的严重塑性变形或退火条件下形成。

当两个单独的晶体对称地共享同一晶格平面,即孪晶界(TB)时,就发生了晶体孪生。在极端情况下,当5个TBs在平行于其公共轴[110]的直线上并发连接时,就会出现五重孪晶。在块状金属样品中,五重孪晶通常在与晶粒生长相关的严重塑性变形或退火条件下形成。在天然矿物和合成纳米材料中,五重孪晶越来越常见,特别是在化学合成的面心立方(fcc)金属纳米颗粒中。这些独特的五孪晶可以显著地改变原子/电子结构,从而改变纳米材料中的应力分布,为调整纳米材料的物理、化学和机械性能提供了新路径。因此,与单晶纳米材料相比,五重孪晶纳米材料经常被引入到纳米器件中,用于光子、催化、传感和储氢等应用。然而,五重孪晶在高剪切应力条件下的内在变形行为尚不清楚。

近日,浙江大学材料科学与工程学院王江伟研究员团队利用原位电镜技术的高分辨率和原位实时优势,观察、研究了五重孪晶的内在变形机制。发现五重孪晶经常通过协调的TB变形经历结构破坏,导致在五联体核心处产生重建的五边形区域。重建的核心区主要是由TB沿不同方向的协调迁移(成核和生长)引起的,并由TB滑动(生长)加速形成。五重孪晶的这些固有变形行为为控制具有独特性能的五重孪晶纳米材料的形貌提供了可能。相关研究成果以“Penta-Twin Destruction by Coordinated Twin BoundaryDeformation” 为题发表在国际学术期刊Nano Letters上。浙江大学博士生陈映彬为本文第一作者。

原文链接:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02970  

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图:实验过程

该实验利用泽攸科技的PicoFemto®原位TEM-STM电学测量系统在透射电镜内搭建了测试平台,制备好的金丝分别被固定在样品杆的固定端和移动端。进入电镜后,原位杆在纳米尺度精确将两根金丝对接并且完成焊接,焊接后再对样品施加剪切力并且高分辨原位观测五重孪晶的变性机制。  

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图:高分辨原位TEM观测五重孪晶受剪切力作用下的变形机制

  

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图:模拟与仿真

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图:实验中使用的泽攸科技原位样品杆