利用电场局部改变晶界构态制备连续梯度微观结构
材料科学
2023-09-19 v1
摘要
调控微观结构是材料科学中一项艰巨目标。此处，一种创新思路是利用晶界（GB）构态（又称界面相）来操纵微观结构演化，这仅通过温度和掺杂难以控制。本文以 ZnO 为模型体系，将外加电场作为一种新手段，通过场驱动的化学计量（缺陷）极化局部控制 GB 结构，以调控微观结构。具体而言，在外加电场下创建了连续梯度微观结构。结合像差校正扫描透射电子显微镜（AC STEM）、密度泛函理论（DFT）与从头算分子动力学（AIMD），我们发现阳极附近存在阳离子缺失、富氧的 GB，其 GB 扩散率增强。此外，由缺陷化学模型推导出场驱动的阳离子空位重新分布，并随后通过空间分辨光致发光光谱验证。这种体相化学计量极化导致阳极附近优先形成阳离子缺失（氧化）GB，从而促使晶粒生长逐渐向阳极推进。该机制可用于创建连续梯度微观结构，而避免先前研究中典型的异常晶粒生长。本研究例证了通过外加电场局部改变 GB 构态来调控微观结构演化的案例，并丰富了基础 GB 科学。
引用
@article{arxiv.2309.09316,
title = {Creating Continuously Graded Microstructures with Electric Fields via Locally Altering Grain Boundary Complexions},
author = {Qizhang Yan and Chongze Hu and Jian Luo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.09316},
year = {2023}
}