Elucidation of twin nucleation mechanisms with in-situ high-resolution transmission electron microscopy mechanical testing

通过原位高分辨率透射电子显微镜机械测试阐明双成核机制

基本信息

批准号：
22KJ1150
负责人：
曹旻鑒
金额：
$ 1.6万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1150/
关键词：
転位双晶その場観察 TEM STEM 機械試験

项目摘要

形状が復元されない変形である塑性変形が進行することは，材料機能の劣化・喪失に直結するため，塑性変形の発現機構を解明することは非常に重要である．主な塑性変形機構として双晶変形や不動転位の形成が知られているが，変形初期に発生する核生成機構については，未だ明らかになっていない．本研究では，MEMSデバイスを搭載した試料ホルダーと原子分解能透過型電子顕微鏡(TEM)を組み合わせた原子レベルその場機械試験を行い，塑性変形初期の素過程を直接観察・解明することを目指している．今年度の主な成果は以下の通りである．(1)双晶表面核生成機構の原子分解能その場観察金単結晶を対象として高分解能TEMその場機械試験したところ，試料端より双晶が核生成し，双晶厚さが一原子層ずつ成長する様子が観察された．試料端のステップ形状と双晶の幾何学的関係を解析したところ，双晶表面核生成には転位の上昇運動とすべり運動が関わっていることが示唆された．双晶核生成に転位の上昇運動が関わるといった議論はこれまでされておらず，本結果は双晶変形の核生成過程の理解に大きなインパクトを持つと考えられる．また，表面から導入される不動転位の存在が，転位の上昇運動に関わっている可能性を示唆する結果も得られた．今後は転位の上昇運動の活動に必要な条件を詳細に解析する予定である．(2)不動転位表面核生成機構の原子分解能その場観察金単結晶を対象として走査TEMその場機械試験したところ，試料端より不動転位が核生成し，試料内部に導入される様子が観察された．原子像から試料に負荷されているひずみを解析したところ，特定のひずみ値前後で不動転位のコア構造が変化していることが分かった．精密に負荷荷重を制御して不動転位を導入したという報告はこれまでされておらず，本結果は不動転位の力学応答の理解に大きなインパクトを持つと考えられる．

塑性变形的进展是形状无法恢复的变形，与材料功能的恶化和丧失直接相关，因此阐明塑性变形发生的机制极其重要。尽管已知孪晶变形和固定位错的形成是主要的塑性变形机制，但在变形初始阶段发生的成核机制尚不清楚。在这项研究中，我们的目标是通过使用配备MEMS器件和原子分辨率透射电子显微镜（TEM）的样品架进行原位原子级力学测试，直接观察和阐明塑性变形早期阶段的基本过程。 ). ．今年的主要工作成果如下。（1）孪晶表面成核机制的原位原子分辨率观察对金单晶进行高分辨率TEM原位力学测试时，孪晶从样品边缘成核，孪晶厚度增加了一个原子观察到生长。分析样品边缘的台阶形状与孪晶之间的几何关系表明，位错的上升运动和滑动运动参与了孪晶表面的形核。到目前为止，还没有关于位错向上运动参与孪晶成核的讨论，这一结果被认为对理解孪晶变形的成核过程有很大影响。我们还获得的结果表明，从表面引入的固定位错的存在可能与位错的向上运动有关。未来，我们计划详细分析位错向上运动所需的条件。 (2) 固定位错表面成核机制的原子分辨率原位观察对金单晶进行扫描TEM原位力学测试时，观察到固定位错从样品边缘成核并被引入到样品中。当我们从原子图像分析施加到样品上的应变时，我们发现固定位错的核心结构在某个应变值附近发生变化。到目前为止，还没有关于通过精确控制施加的载荷来引入固定位错的报道，这一结果被认为对理解固定位错的力学响应有很大影响。