东京大学提出两种可能的纳米孪晶金属抗辐射自愈机理

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      由于纳米孪晶金属广泛的工程应用前景，使其成为近15年来重要的研究对象。例如，人们已经证明了纳米孪晶铜具有优异的机械性能、良好的热稳定性和高导电性等。

      然而，人们长期以来一直认为纳米孪晶金属具有较弱的抗辐射能力，因为它们主要包含相干孪晶边界(CTBs)，此处为对辐射诱导晶体缺陷无效点。

      最近，原位研究报道了纳米孪晶金属(如Cu和Ag)也可以表现出前所未有的辐射耐受性，并且在辐射的作用下，孪晶边界出现了令人出乎意料的自愈现象。虽然这些实验结果刷新了人们对纳米孪晶材料对辐射损伤的缓解的传统认知，但其背后的原子机理尚不清楚。

      为了揭示这一新颖且重要的现象，东京大学材料建模实验室的研究人员进行了长时间的分子动力学模拟来研究孪晶边界和一些典型的辐射诱发点缺陷之间的动态相互作用。

      与以往假设的完整CTBs 来研究其机械和物理性质的模拟模型不同，本研究考虑了包含非共格孪晶界（ITB）区段或同类间隙原子（SIAs）的缺陷的CTBs 结构。

      这些结构特征可以更好地反映出材料中CTBs 的真实结构。原子模拟已经清楚地表明了不完美的CTBs结构与孪晶边界作为辐射诱导缺陷的接收器的能力密切相关，它们可能会影响纳米孪晶材料的总体辐射耐受性。

      研究人员提出了两种的纳米孪晶金属吸收辐照诱导点缺陷的自愈可能性机理。在第一个模拟案例中，他们已经证明，虽然完美的CTBs对于吸收SFT是无效的，但是包含ITB 区段的有缺陷的CTBs结构可以提供优先位置和扩散通道来去除它们。

       ITB的迁移可以加速点缺陷的吸收过程。第二个模拟案例表明CTBs 优先吸收空位上的 SIAs ，而 SIAs 以位错-环状间隙原子簇的形式存在于CTBs上。 CTBs上的SIA簇随后可以提供有利于晶粒内空位团湮没的吸收位点。模拟工作为最近的实验结果提供了很好的解释，并为耐辐射纳米孪晶材料的设计提供了进一步的支持。

Self-Healing Mechanisms of Nanotwinned Metals Under Irradiation