材料对于现代技术至关重要，尤其是用于核能系统和军事应用等极端环境的材料。这些材料需要承受巨大的压力、温度和腐蚀。了解它们在这种条件下的晶格级行为对于开发更具弹性、更便宜、更轻和更可持续的下一代材料至关重要。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家及其合作者压缩了金属锆的单晶样品，发现在高压下，该材料以令人惊讶的复杂方式变形。这项研究发表在两本期刊《物理评论快报》和《物理评论B》上。

高应力条件下的材料通过位错滑移、晶体孪生、剪切诱导非晶化、相变和断裂等机制来释放剪切应力。

“了解这些微观机制对于开发材料性能的预测模型至关重要，”LLNL科学家、《物理评论快报》研究的主要作者SaranshSoderlind表示。

所有金属在压缩下都会发生塑性变形，即永久改变其形状，这主要是由于位错缺陷在特定晶体方向上的某些平面上的运动。就锆而言，由于晶体结构会随着压力而发生变化，因此情况更加复杂。

“对晶体平面和材料变形方向的精确了解可以让我们开发出描述金属在极端压缩水平下的机械行为的模型，”Soderlind说。“在我们对锆的研究过程中，我们采用了新的实验技术，揭示了元素金属如何以一种意想不到的、高度复杂的方式变形。”

研究团队利用飞秒原位X射线衍射技术，在纳秒级时间内观察了高压压缩的单晶锆的行为。研究团队检测到了原子无序现象，这是元素金属中从未观察到的现象，并发现了晶体结构转变的多种途径，这也是首次发现。

这种无序和多相转变路径在多晶锆中没有观察到，这增加了这项研究的新颖性。使用机器学习势能进行的数百万原子分子动力学模拟证实了这项研究的实验观察结果。

“这些发现揭示了极端条件下金属变形的更复杂图景，比我们之前所理解的更为复杂。这种丰富的原子运动结构很可能在其他高压材料中也很常见，”LLNL科学家RaymondSmith说道。

由于锆具有高强度和低中子吸收截面，锆合金在核工业中用作燃料棒包层。它还广泛用于极端化学环境。

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：