马恩等Nature：中熵合金存在CSRO以及CSRO与位错交互作用的直接观察证据

qingli

近年来，物理冶金研究的新热点聚焦在“高熵(或中熵)合金”(high-entropy alloys and medium-entropy alloys,以下简称HEA)。涌现出的新科学问题之一，是HEA与化学无序的传统合金的结构不同：HEA是由等原子比或近等原子比的多种主合金元素组成的固溶体，不同或相同原子彼此必然频繁相遇。其间的化学相互作用，使原子相互之间倾向于吸引或排斥，即元素原子间有偏好地选择回避或聚集。 其导致的不同程度的局部化学有序中，化学短程有序(chemical short-range order, CSRO)可以说是最难破解的。这是因为，CSRO的尺度非常小，一般在亚纳米尺度，即原子第一近邻和次近邻原子层内。迄今为止，HEA中有很多CSRO的确凿证据一直没有找到，也不清楚CSRO中元素分布特征和原子堆垛构型。
        近日，西安交通大学材料学院马恩教授、中科院力学研究所武晓雷研究员和清华大学电镜中心朱静院士等人通过设计系统且细致的实验和计算模拟，首次给出了中熵合金存在CSRO以及CSRO与位错交互作用的直接观察证据。相关论文以“Direct observation of chemical short-range order in a medium-entropy alloy”为题于2021年4月28日发表在Nature上。
        研究人员利用配备了能量过滤系统的双像差矫正透射电子显微镜，找到合适的晶带轴，综合运用选区和微区电子衍射、高角环形暗场(HAADF)高分辨成像及其傅氏变换(FFT)和反傅氏变换(IFFT)、能量过滤暗场成像，以及原子尺度的化学元素面分布(EDS-Mapping)测试等手段，在中熵VCoNi合金中清晰地看到了CSRO，获得了CSRO的电子衍射晕圆证据及其尺寸、组成元素占位和三维构型的信息。化学元素分布测试表明在相邻{113}面上和在（111）面上的相邻原子柱间，都具有富V/富(Co/Ni)/富V这样交替的元素分布和占位特征。研究人员设计了空间分布关联系数来分析在不同距离时元素间倾向于聚集(相关系数为正)还是互斥(负)，并通过计算模拟，证明V-V规避和V-Co/Ni近邻可降低能量，是CSRO形成的驱动力。此外，应变图谱证实了拉伸变形过程中CSRO与位错发生的交互作用，提示CSRO对强化、应变硬化和塑性行为等力学性能都将起到重要的作用。

中熵VCoNi合金化学短程有序的选区、微区衍射、能量过滤暗场像，

高角环形暗场高分辨成像及其傅氏变换和反傅氏变换以及尺寸分布

化学短程有序的元素分布与占位以及空间分布关联系数和蒙特卡洛计算模拟

化学短程有序与位错的交互作用以及拉伸变形前后短程有序区域应变演化

       此工作首次直接实验证实了中熵合金化学短程有序及其与位错的交互作用，为理解高熵合金的基本微结构特征以及设计高性能的高熵合金提供了新的思路。
       全文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03428-z


        文章来源;西安交通大学
        马恩，1998年起任美国约翰霍普金斯大学材料科学与工程系副教授，2002年晋升为教授。1982 年毕业于清华大学工程物理系，1989年在美国加利福尼亚理工学院完成博士论文并获得清华大学博士学位，导师为国际著名非平衡金属材料学者William L. Johnson教授。1993年起任美国路易斯安那州立大学任助理教授、副教授；1998和2002年分别任美国约翰霍普金斯大学材料系副教授、教授；2006年受聘清华大学长江学者讲座教授。现任美国Johns Hopkins大学材料科学与工程学院教授，西安交通大学兼职教授及微纳米尺度材料行为研究中心主任。
          朱静,1938年10月出生于上海，籍贯浙江杭州。清华大学材料学院教授、清华大学校务委员会委员。1995年当选为中国科学院院士，2007年当选为发展中国家科学院院士。1962年毕业于复旦大学物理系。1962.9-1996.3 在钢铁研究总院工作，期间1980年8月由教育部、冶金部派往美国visiting scholar, 1980.10-1982.9 在美国Arizona State University亚利桑那州立大学固体研究中心任Faculty Research Associate, 1984.9-1985.4 在美国亚利桑那州立大学天文和物理系任Faculty Assoc. Professor。1996年至今任教于清华大学。现任北京电子显微镜中心主任、中国钢研科技集团公司双聘院士。兼任中国材料学会荣誉理事、中国电子显微镜学会常务理事，The editor of <Journal of Electron Microscopy>，The Editor Board Member of <Solid State Communication>, The consultor of IUCr (International Union of Crystallography) Commission on Electron diffraction 等职。