納米壓痕在材料研究中的應(yīng)用

一、晶界對(duì)納米壓痕的影響：一個(gè)多尺度的離散位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)模型

西南交通大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院張旭研究組與德國(guó)埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)Michael Zaiser教授（西南交通大學(xué)“海外名師項(xiàng)目”專(zhuān)家）合作開(kāi)展研究，通過(guò)在三維單晶多尺度框架的基礎(chǔ)上引入可穿透晶界模型開(kāi)展雙晶納米壓痕模擬，研究位錯(cuò)與晶界的交互作用機(jī)理及晶界對(duì)壓痕響應(yīng)的影響，建立了基于位錯(cuò)塞積理論的壓痕尺寸依賴性模型，并從位錯(cuò)結(jié)構(gòu)演化信息分析了相關(guān)雙晶壓痕響應(yīng)的內(nèi)在機(jī)理。相關(guān)研究成果已在線發(fā)表在材料力學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Journal of the Mechanicsand Physics of Solids》

納米壓痕是一種方便的方法，通過(guò)利用低負(fù)荷和小壓痕深度來(lái)研究小尺度材料的機(jī)械性能。在本工作中，采用三維多尺度建?？蚣埽瑢⑷S離散位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)（DDD）與有限元方法（FEM）相結(jié)合，研究GB對(duì)鋁雙晶的納米壓痕行為的影響。文獻(xiàn)鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022509618308950

二、具有優(yōu)異變形能力的高性能無(wú)機(jī)塑性Ag20S7Te3熱電化合物

上海硅酸鹽所研究員史迅、陳立東與副研究員仇鵬飛，以及上海交通大學(xué)副教授魏天然等合作，開(kāi)發(fā)出n型Ag20S7Te3和p型(Ag0.2Cu0.8)2S0.7Se0.3高性能無(wú)機(jī)塑性熱電化合物，并利用其室溫優(yōu)異的變形能力制備出可與曲面熱源緊密貼合的環(huán)形熱電器件。相關(guān)研究成果分別以Ductile Ag20S7Te3 with Excellent Shape-Conformability and High Thermoelectric Performance和p-Type Plastic Inorganic Thermoelectric Materials為題，發(fā)表在Advanced Materials和Advanced Energy Materials上。

Ag20S7Te3化合物與Ag2S的中溫相結(jié)構(gòu)相似，均為體心立方結(jié)構(gòu)。其中，S和Te原子隨機(jī)占據(jù)（0, 0, 1）晶體學(xué)位置，Ag原子部分占據(jù)(0.25, 0, 0.5) 和 (0, 0.5, 0.5) 晶體學(xué)位置。室溫下Ag20S7Te3具有比Ag2S更為優(yōu)良的塑性變形能力，可以與環(huán)形、四方形、甚至螺母表面形成緊密貼合。納米壓痕測(cè)試表明Ag20S7Te3的平均楊氏模量和硬度分別為16.4 GPa和0.23 GPa，兩者均低于單斜結(jié)構(gòu)的Ag2S (27.1 GPa和0.44 GPa)。第一性原理計(jì)算結(jié)果表明，立方結(jié)構(gòu)的Ag20S7Te3具有比單斜結(jié)構(gòu)的Ag2S更低的層錯(cuò)能和更高的解離能，這是室溫下Ag20S7Te3塑性變形能力優(yōu)于Ag2S的原因。

文獻(xiàn)鏈接：

doi:10.1002/adma.202007681

三、納米壓痕表征非晶態(tài)橄欖石薄膜的流變性

比利時(shí)安特衛(wèi)普大學(xué)的研究人員研究了脈沖激光沉積非晶態(tài)橄欖石薄膜在恒定應(yīng)變速率和松弛條件下的流變性能。非晶橄欖石薄膜表現(xiàn)出明顯速率依賴性的粘彈-粘塑性行為，應(yīng)變速率敏感性約為0.05，這表明硅酸鹽具有復(fù)雜的非平衡結(jié)構(gòu)。相關(guān)論文以題為“Rheology of amorphous olivine thin films characterized by nano indentation”發(fā)表在Acta Materialia。

本文對(duì)沉積橄欖石薄膜進(jìn)行了納米壓痕研究。對(duì)材料的楊氏模量、硬度等性能進(jìn)行了測(cè)試和討論。弛豫法已成功地用于研究非晶薄膜的粘塑性行為。這一結(jié)果證實(shí)了應(yīng)變速率對(duì)非晶材料力學(xué)行為的重要性。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117257

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