离子照射下 SiC 纳米应变演化与晶界中性 defect 汇合行为——来自 N-PED 与 DFT 的洞察
材料科学
2025-09-24 v1
摘要
理解硅碳化物（SiC）因辐射引起的应变对于设计辐射耐受陶瓷材料至关重要。然而，传统方法往往无法解析多晶体形态下的纳米尺度应变梯度。本研究采用纳米束预cession 电子衍射（N-PED）对单晶 4H-SiC 和多晶 α-SiC 在氦离子和氢离子照射后的进行高分辨率、多方向应变映射。He + H 照射下单晶 4H-SiC 的高分辨率 X 射线衍射（HR-XRD）模拟应变轮廓与 N-PED 获取的应变轮廓高度吻合，表明 N-PED 方法具有可靠性和准确性。在 He 照射的多晶 α-SiC 中，位于晶界（GB）附近的气泡-缺失区（BDZ）显示出晶界作为辐射引起的缺陷活跃的汇聚器。N-PED 进一步表明应变在 GB 处放大，最高可达 2.5%，而在 BDZ 内则出现应变缓解。为解释此行为，密度力学理论（DFT）计算了结合能和迁移能，表明 Si、C 和 He 原子倾向于聚集到 GB 核心。这一取向减少了空位为容纳 He 原子提供的可利用性，导致 GB 附近的局部应变缓解。此外，第一性原理拉伸模拟揭示，Si 和 C 离子可缓解 He 引起的 GB 脆化。电荷密度和态密度（DOS）分析将这一效应与 GB 处点缺陷与相邻原子之间的键合特征联系起来。这些见解凸显了在提升 SiC 辐射耐受性方面，晶界工程的重要性，尤其适用于核能和航天应用。
引用
@article{arxiv.2509.18895,
title = {Nanoscale Strain Evolution and Grain Boundary-Mediated Defect Sink Behavior in Irradiated SiC: Insights from N-PED and DFT},
author = {Nabil Daghbouj and Ahmed. T. AlMotasem and Jan. Duchoňb and Bingsheng. Li and Mohamed. Bensalem and Frans. Munnik and Xin Ou and Anna. Macková and William. J. Weber and Tomas. Polcara},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.18895},
year = {2025}
}
备注
12 figurs, 38 pages