【儀表網 研發快訊】近日，材料科學與工程學院董紅剛教授、李鵬教授團隊在異質材料連接界面原子行為調控方面取得重要研究進展，相關成果以《應變介導的缺陷工程誘導Fe-Al擴散偶內部原子快速遷移》(Strain-mediated defect engineering toward rapid atomic migration in Fe-Al diffusion couples)為題發表于國際材料領域頂級期刊《納米快報》(Nano Letters)上，并入選當期封面。
高性能Fe-Al異質結構符合高端裝備輕量化發展需求，應用前景廣闊。然而，在傳統的熱激發擴散狀態下，原子遷移動力學具有滯緩的屬性，導致Fe-Al異質結構成形制造受到嚴重制約。由于應變修飾的電子結構引入了高度的“非平衡”狀態，該亞穩態可以促進空位生成及調控位錯及晶界演化，從而調節原子遷移行為。但原子遷移過程中對晶格缺陷的精細結構敏感，因此，施加應變導致原子異常擴散的復雜性和特殊性。鑒于此，該研究團隊提出了一種應變介導的缺陷工程誘導原子快速擴散策略，即通過累積軋制技術對Fe和Al施加應變，實現降低空位活化能并增強原子沿位錯和晶界擴散行為的目的。
根據阿倫尼烏斯型關系，發現施加應變后擴散偶界面相的表觀活化能為139 kJ·mol-1，降低了約49%，主要是由于高密度的空位、位錯和晶界為原子遷移提供了更多的低活化能路徑，施加的應變類似化學反應中的催化劑，極大地增強了目標原子的激發能力，增加了鍵斷裂的概率。此外，第一性原理計算表明，缺陷工程誘導原子快擴散的本質是由于體相內異常的電子電荷分布和Al/Fe界面強吸引力的協同作用所致。該策略可為其他異質金屬復合構件的高性能制造提供新的思路。
論文第一作者為材料學院博士生丁志杰，通訊作者為材料學院李鵬教授，共同通訊作者為材料學院董紅剛教授，大連理工大學為第一完成單位和唯一通訊單位。該研究得到了國家重點研發計劃青年科學家項目、國家自然科學基金面上項目和興遼英才計劃青年拔尖人才項目和中央高校基本科研業務費等資助。
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