原位 TEM

原位TEM(透射电子显微镜) 关于纳米结构金属的形变和断裂机理

ZHIWEI SHAN. PHD

匹兹堡大学2005年

材料的强度会随着晶粒尺寸的减小而增大，而且会在特定晶粒尺寸时达到其最大值。人们一般都认为这种现象有交叉形变机理产生，也就是说，一个从位错形核和motion到晶界介导可塑性的连续转变的过程。人们寻找了很久关于这方面的实验证据，然而迄今为止，直接的实验证实还没有被发现。

为了解决在之前的研究中遇到的这个极具挑战性的问题，原位动态暗场透射电子显微镜研究与原位高分辨率的透射电子显微镜观察结合后，应用在高纯度的纳米晶体镍样品时，平均晶粒尺寸可以达到10nm，这表明(1)在很多彼此明显相互独立的地方，在外应力的影响作用下，晶粒块形成非常频繁和快速.(2)据观察，形变对内晶粒的凝聚断裂有影响.(3)困错位（trapped dislocations）在晶粒中频繁观测到，这也许是处于一种变形的状态，没有侦测到形变孪晶.(4)观察到错位的困晶格在在应力松弛的过程中移动和消失。这些关于TEM的观察：（1）首次提供了实验证据证实边界介导可塑性，比如晶界滑行和晶粒旋转，这已成为显著的形变模式，正如沉积镍。理论分析得出，错位运动和成核现象所形成的形变和由与晶界控制的形变之间的竞争（competition）产生的交叉形变机理和形变的相适应主要依据晶界扩大（扩散）以及减小的晶粒尺寸。（2）证实了在压力环境下的晶粒是很可能观察到错位的。（3）说明纳米晶体材料的韧窝断裂表面可能在新形成的晶粒块上产生。此外，在应变过程中对晶格畸变的直接测量表明，在拉伸形变的过程中晶粒内部也许有超高弹性的畸变。