在多晶材料中，晶界（GB）网络的协调演变对其塑性至关重要。三叉结（TJs），作为连接相邻晶界的交汇线，是GB网络不可或缺的部分，并且对整个GB网络及多晶材料微观结构的变化具有重要意义。尽管TJs的能量和迁移率特性以及它们在缺陷成核/转移中的倾向和杂质亲和力已经被广泛认可，但其动态行为及其与GB塑性的耦合，尤其是在原子尺度上的研究仍然非常有限。传统上认为TJs在稳态下发生变形，然而这种观点未能充分解释复杂GB网络演化过程中TJs的实际作用。由于实验分析的复杂性，包括需要同时清晰地成像所有边界，以及TJ运动与相连GB协同迁移之间的强相关性，这些挑战极大地阻碍了我们对实际多晶体中与TJ运动密切相关的GB网络动力学演化的理解。

针对上述问题，由浙江大学、香港城市大学和重庆大学等组成的研究团队利用了威尼斯886699的原位TEM进行了深入研究，他们观测到TJs在应力驱动下的多种结构转变模式，包括无序原子排列、亚晶形成、密集堆垛层错和纳米孪晶等，并提出了基于TJs几何构型的T/Y准则，用于预测TJs重构的倾向性，相关成果以“Stress-driven triple junction reconstruction facilitates cooperative grain boundary deformation”为题发表在《Acta Materialia》期刊上，原文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120565

论文深入探讨了多晶材料中三叉结（TJs）在应力驱动下的动态重构过程及其对促进晶界（GBs）网络协同变形的重要作用。研究团队利用先进的原位纳米力学测试技术，通过原子尺度的观察，揭示了金和铂多晶体中的TJ在外部加载条件下经历的一系列复杂结构转变。这些转变包括从无序原子排列到亚晶粒形成、密集层错以及纳米孪晶等不同模式。研究发现，这种TJ重构通常起始于那些预测具有强拖曳效应的TJ处，并为相邻GB的协同运动提供了一条有效的路径，与传统认为TJ在稳态下变形的观点形成了鲜明对比。

图 多晶网络中三叉晶界的结构转变示意图

图 三叉晶界动态重构的原位观测。a-d. 晶界网络中非守恒阶错流量介导的三叉晶界重构；e-h. 三叉晶界重构区域的长大

该研究不仅提供了关于TJ动态行为的新见解，还详细分析了导致这种现象发生的机制。TJ重构过程中涉及的原子级结构变化，如通过释放累积的残余Burgers矢量实现“再结晶”，能够有效缓解由于GB迁移不协调而在TJ处积累的变形不兼容性。此外，研究还指出，TJ重构区拥有较大的自由体积分数，这为其结构的动态调整提供了空间。实验结果表明，随着应变的增加，TJ重构区内的原子结构会在有序与无序状态之间频繁转换，可能形成低能态的原子配置，如包含轻微取向偏差的亚晶粒、密集层错或孪晶纳米晶粒等。

图 三叉晶界的原子尺度重构机制。a-f. 几何相位分析（GPA）揭示变形过程中三叉结附近的应变状态；g. 重构区域形核和长大的机理图

图 三叉晶界重构区域的动态结构演化及其对晶界网络演变的影响。a-c.原子排布的逐渐有序化；c-e.纳米孪晶持续生长并通过新形成的三叉结的协同迁移来促进晶界网络的动态演变；f.三叉结处的应变集中得到缓解

进一步地，研究团队建立了TJ几何形状与协同GB运动难度、TJ拖曳效应程度及倾向发生TJ重构之间的定量关系。研究表明，TJ重构不仅有助于释放初始TJ处累积的变形不兼容性，还能显著影响整个GB网络的演化路径。例如，当TJ重构形成孪晶结构时，不仅可以促进原有邻近GB的协同运动，还可能通过引入新的TJs改变GB网络的动力学特性。这种由应力驱动的TJ重构机制强调了其在调节多晶材料塑性中的关键作用，并呼吁重新审视TJs在多晶材料中的角色。

图 三叉晶界重构与其几何构型转变的关联。a-d.阶错介导的三叉晶界几何构型转变，导致晶界三叉结短暂迁移后发生停滞；e-h.三叉晶界的分解、重构和长大

总的来说，这项研究通过对TJ在原子尺度上的动态行为及其与GB动力学耦合的探索，丰富了我们对于复杂GB网络演化的理解。它不仅挑战了传统的TJ变形理论，也为未来研究如何通过调控TJ特性来改善多晶材料性能提供了新思路。研究结果对于深入理解多晶材料微观结构演变规律及其宏观性能之间的关系具有重要意义，同时也为开发新型高性能材料开辟了新的途径。

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