《形狀記憶合金時效效應的微觀機理及調控方法》是依託西安交通大學，由鄧俊楷擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：形狀記憶合金時效效應的微觀機理及調控方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄧俊楷
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
形狀記憶合金（SMAs）作為一種新型功能材料受到人們廣泛關注，但是其普遍存在的時效效應嚴重限制了基於SMAs的物理器件的實際套用。SMAs時效效應的物理起源長期以來存在爭議，直到點缺陷短程對稱一致性（SC-SRO）模型的提出（Nature，1997），才為時效效應提供了統一的微觀解釋。申請人前期工作也從原子尺度驗證了SC-SRO模型的合理性及其對時效效應的影響（PRB 2010a，b；APL，2010）。然而，SC-SRO模型本身的物理起源，即點缺陷為何遵循SC-SRO模型，尚存疑未解。本項目擬利用原子模擬方法對該模型的物理起源進行研究，揭示SMAs時效效應的微觀機理，並提出調控時效效應的理論方法；進而利用第一性原理計算，通過調製成分或缺陷摻雜對SMAs時效效應進行調控；最後進行實驗驗證。本項目不僅對理解SMAs時效現象的物理起源具有重要理論意義，也可以為開發高可靠性SMAs提供理論指導。
結題摘要
晶體中的點缺陷及其分布在形狀記憶合金時效效應中，及許多晶體材料新奇物理性能中都起著重要作用。本項研究中，針對形狀記憶合金中的時效效應，我們利用多尺度的原子模擬研究了晶體中點缺陷及其分布的物理規律，闡明了點缺陷之間的相互作用是晶體中點缺陷有序分布的起因。進而，我們發現在時效過程中，形狀記憶合金中點缺陷的短程有序對稱性分布的改變，是馬氏體相疇反轉應力升高等時效行為的物理起源。同時，我們通過點缺陷濃度和短程有序分布的調控，可以獲得具有準同型相界（Morphotropic phase boundary或MPB）的形狀記憶合金，在MPB成分處能夠獲得具有窄滯後、低模量等優異性能的形狀記憶合金。利用點缺陷有序分布調控，我們還在低維納米材料中誘發出形狀記憶效應和超彈性，解決了形狀記憶合金在亞微米尺度下形狀記憶效應和超彈性消失的原理性制約。此外，基於項目研究結果，我們利用晶體中點缺陷調控，還獲得了NiAl高溫合金中的第二相析出物的形核長大的原子圖像，揭示了第二相同基體相的相界面寬度的演化規律；並針對鈣鈦礦型鐵電體超晶格材料，利用點缺陷有序排布，對其鐵電性等物理性能進行了最佳化。研究結果不但從原子尺度揭示了形狀記憶合金中點缺陷短程有序分布的物理圖像，為形狀記憶合金中時效效應提供了微觀理解，也對形狀記憶合金的物理性能調控提出了解決思路。同時，晶體材料中點缺陷有序分布的普適性為調控材料物理性能提供了方法，有望在形狀記憶合金、高溫合金、鐵電晶體材料、二維晶體材料等眾多材料中誘髮結構相變等新奇物理特性和最佳化鐵電性等物理性能。因此，點缺陷短程有序分布的微觀機制不但能夠為晶體材料中物理行為提供理解，也有望對晶體材料中的功能特性提供有效調控手段。
