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)域頂級期刊《納米快報》（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)計劃青年科學(xué)家項目、國家自然科學(xué)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(yè)務(wù)費(fèi)等資助。