【创新在大工】材料学院科研团队在界面原子行为调控领域取得新突破

近日，材料科学与工程学院董红刚教授、李鹏教授团队在异质材料连接界面原子行为调控方面取得重要研究进展，相关成果以《应变介导的缺陷工程诱导Fe-Al扩散偶内部原子快速迁移》（Strain-mediated defect engineering toward rapid atomic migration in Fe-Al diffusion couples）为题发表于国际材料领域顶级期刊《纳米快报》（Nano Letters）上，并入选当期封面。

高性能Fe-Al异质结构符合高端装备轻量化发展需求，应用前景广阔。然而，在传统的热激发扩散状态下，原子迁移动力学具有滞缓的属性，导致Fe-Al异质结构成形制造受到严重制约。由于应变修饰的电子结构引入了高度的“非平衡”状态，该亚稳态可以促进空位生成及调控位错及晶界演化，从而调节原子迁移行为。但原子迁移过程中对晶格缺陷的精细结构敏感，因此，施加应变导致原子异常扩散的复杂性和特殊性。鉴于此，该研究团队提出了一种应变介导的缺陷工程诱导原子快速扩散策略，即通过累积轧制技术对Fe和Al施加应变，实现降低空位活化能并增强原子沿位错和晶界扩散行为的目的。

根据阿伦尼乌斯型关系，发现施加应变后扩散偶界面相的表观活化能为139 kJ·mol^-1，降低了约49%，主要是由于高密度的空位、位错和晶界为原子迁移提供了更多的低活化能路径，施加的应变类似化学反应中的催化剂，极大地增强了目标原子的激发能力，增加了键断裂的概率。此外，第一性原理计算表明，缺陷工程诱导原子快扩散的本质是由于体相内异常的电子电荷分布和Al/Fe界面强吸引力的协同作用所致。该策略可为其他异质金属复合构件的高性能制造提供新的思路。

论文第一作者为材料学院博士生丁志杰，通讯作者为材料学院李鹏教授，共同通讯作者为材料学院董红刚教授，大连理工大学为第一完成单位和唯一通讯单位。该研究得到了国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金面上项目和兴辽英才计划青年拔尖人才项目和中央高校基本科研业务费等资助。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03115