近期顶刊速报!!!
第一作者：丁志杰
通讯作者：李鹏，董红刚
通讯单位：大连理工大学
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03115
摘要
在轻质Fe-Al扩散偶中实现快速原子迁移的研究中，合理设计短路扩散路径至关重要。本研究提出了一种应变介导的缺陷工程策略，旨在降低空位激活能并增强沿位错（DLs）和晶界（GBs）的扩散行为。通过改进的阿伦尼乌斯型关系，利用缺陷工程获得了界面表观激活能139 kJ/mol，比之前降低了约49%。这一成果与Fe和Al材料中形成的高密度空位、DLs和GBs密切相关，为原子迁移提供了更多低激活能路径。第一性原理计算表明，应变的引入削弱了原子与空位之间的键合，从而降低了由单空位介导的晶格扩散势垒。体相中异常的电子-电荷分布和Al/Fe界面处的强吸引力共同促进了原子的快速迁移，共同调节了“断裂-形成键”过程。
研究成果
大连理工大学材料科学与工程学院董红刚教授、李鹏教授团队在《Nano Letters》上发表了题为“Strain-mediated defect engineering toward rapid atomic migration in Fe-Al diffusion couples”的论文本研究通过应变工程策略，成功在Fe-Al扩散偶中实现了快速原子迁移。实验结果表明，引入应变可以显著降低扩散激活能，提高原子沿晶格缺陷的迁移速率。通过微观结构表征，研究者们详细描绘了界面层的形态，并评估了相应的激活能。在873 K下处理7200秒后，未处理和变形的Fe-Al扩散偶中分别形成了厚度为5.6微米和16.5以及22.5微米的单缺陷界面层，表明应变的应用显著加速了扩散偶的制造过程。
论文亮点
1.应变介导的缺陷工程策略：提出了一种新颖的应变介导的缺陷工程策略，通过引入应变来降低空位激活能，增强原子沿位错和晶界的扩散行为。
2.显著降低激活能：通过缺陷工程，将界面表观激活能从原来的278 kJ/mol降低到139 kJ/mol，降幅达到了49%。
3.原子迁移速率的显著提升：在66.7%应变度下，Al5Fe2层的最大生长速率是没有应变时的18倍，显著提高了Fe-Al结构的原子迁移速率。
图文导读
图1：展示了缺陷工程的设计图和界面层的定量评估，包括设计示意图、XRD图谱、生长速率、激活能和Fe-Al扩散偶的生长动力学比较。
图2：在66.7%应变下，Fe和Al的微观结构表征，包括极点图、晶界参考取向偏差图、晶界分布图和明场图像。
图3：在66.7%应变下，Fe和Al的原子结构，包括高分辨透射电镜图像、强度线剖面和逆快速傅里叶变换图案。
图4：通过MD/DFT表征的修改结构，包括应力-应变曲线、位错演变、电荷分布和原子迁移路径模型。
结论
本研究通过应变介导的缺陷工程策略，实现了Fe-Al扩散偶中快速原子迁移的调控。通过降低空位激活能和调节GBs和DLs作为短路扩散通道，显著提高了原子迁移速率。这一发现为轻质Fe-Al结构的快速制造提供了新的视角，并为缺陷工程在扩散偶中的应用提供了理论基础。
作者简介
李鹏，副教授、博士生导师，大连理工大学材料科学与工程学院院长助理。入选辽宁省兴辽英才计划-青年拔尖人才、大连理工大学星海学者人才培育计划、大连市青年科技之星、大连市高层次人才、中国博士后科学基金百优获得者、人社部博士后国际交流派出计划。主要从事先进材料高性能连接（扩散连接、钎焊和摩擦焊）技术与理论方面的研究工作。主持国家自然科学基金面上项目和青年项目等纵向项目10余项；作为技术骨干参与国家重点研发计划、国家自然科学基金项目6项。近5年发表SCI论文50余篇，第一作者SCI论文19篇，ESI高被引1篇，授权国家发明专利5项，制定行业标准2项。
科研绘图
科研云以专业的绘图技术和优质的服务为标准，为科研人员提供绘图服务。绘图作品曾在Nature, Science, JACS, Angew, AM, ACS, RSC等各个顶级期刊发表，服务对象遍布全球。客户推荐率95%，绘图设计师具有生物、医学、化学、物理、设计等专业背景，出图迅速、经验丰富、沟通无阻、是您科研绘图的好帮手。
为客户提供：期刊封面图设计、配图插图设计、科研动画、logo设计、PPT美化等设计服务，针对客户的需求，竭诚为您的著作及科研成果实现可视化的呈现，为您的科研作品锦上添花。
详情请咨询13520034491（同微信）。
扫码添加客服微信
