近日，材料科學(xué)與工程學(xué)院董紅剛教授、李鵬教授團(tuán)隊(duì)在異質(zhì)材料連接界面原子行為調(diào)控方面取得重要研究進(jìn)展，相關(guān)成果以《應(yīng)變介導(dǎo)的缺陷工程誘導(dǎo)Fe-Al擴(kuò)散偶內(nèi)部原子快速遷移》（Strain-mediated defect engineering toward rapid atomic migration in Fe-Al diffusion couples）為題發(fā)表于國際材料領(lǐng)域頂級(jí)期刊《納米快報(bào)》（Nano Letters）上，并入選當(dāng)期封面。

高性能Fe-Al異質(zhì)結(jié)構(gòu)符合高端裝備輕量化發(fā)展需求，應(yīng)用前景廣闊。然而，在傳統(tǒng)的熱激發(fā)擴(kuò)散狀態(tài)下，原子遷移動(dòng)力學(xué)具有滯緩的屬性，導(dǎo)致Fe-Al異質(zhì)結(jié)構(gòu)成形制造受到嚴(yán)重制約。由于應(yīng)變修飾的電子結(jié)構(gòu)引入了高度的“非平衡”狀態(tài)，該亞穩(wěn)態(tài)可以促進(jìn)空位生成及調(diào)控位錯(cuò)及晶界演化，從而調(diào)節(jié)原子遷移行為。但原子遷移過程中對(duì)晶格缺陷的精細(xì)結(jié)構(gòu)敏感，因此，施加應(yīng)變導(dǎo)致原子異常擴(kuò)散的復(fù)雜性和特殊性。鑒于此，該研究團(tuán)隊(duì)提出了一種應(yīng)變介導(dǎo)的缺陷工程誘導(dǎo)原子快速擴(kuò)散策略，即通過累積軋制技術(shù)對(duì)Fe和Al施加應(yīng)變，實(shí)現(xiàn)降低空位活化能并增強(qiáng)原子沿位錯(cuò)和晶界擴(kuò)散行為的目的。

根據(jù)阿倫尼烏斯型關(guān)系，發(fā)現(xiàn)施加應(yīng)變后擴(kuò)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(cuò)和晶界為原子遷移提供了更多的低活化能路徑，施加的應(yīng)變類似化學(xué)反應(yīng)中的催化劑，極大地增強(qiáng)了目標(biāo)原子的激發(fā)能力，增加了鍵斷裂的概率。此外，第一性原理計(jì)算表明，缺陷工程誘導(dǎo)原子快擴(kuò)散的本質(zhì)是由于體相內(nèi)異常的電子電荷分布和Al/Fe界面強(qiáng)吸引力的協(xié)同作用所致。該策略可為其他異質(zhì)金屬復(fù)合構(gòu)件的高性能制造提供新的思路。

論文第一作者為材料學(xué)院博士生丁志杰，通訊作者為材料學(xué)院李鵬教授，共同通訊作者為材料學(xué)院董紅剛教授，大連理工大學(xué)為第一完成單位和唯一通訊單位。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年科學(xué)家項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和興遼英才計(jì)劃青年拔尖人才項(xiàng)目和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等資助。