孙汉林

(合肥工业大学，安徽 合肥 230009)

0 引 言

现实中的工程材料通常是由很多晶向不同的晶粒所组成的多晶体，不同的晶粒之间以晶界分隔，通常晶界只有几个原子层的厚度。当晶粒的尺寸小于10 nm时，晶界面积与晶粒体积之比(比表面积)高达30%，此时晶界对晶体性质的影响至关重要，因此越来越多的科研工作者专注于晶界的变形机制及相关性质。然而晶界的性质十分复杂，用高度清晰的显微镜很难观察到晶界处的晶格畸变和晶体缺陷，因此目前有关于晶界性质的工作很多都是基于分子动力学方法[1]对其进行计算机仿真模拟而做的。

近些年有研究表明，多晶金属材料的平均晶粒尺寸对其力学性能有显著影响，并且符合Hall-Petch关系[2]。这主要归因于在多晶材料中晶界运动(晶界的迁移、滑移和旋转等行为)极大影响着微观结构的演变和材料性质的变化。不同结构的晶界在不同载荷作用下的运动总是和平行于晶界的剪切应力有关[3-5]，已经有大量前续研究工作对纯金属纳米材料中晶界的剪切耦合行为进行了探索和报道[6-9]。值得一提的是，晶界的切应力耦合行为很大程度上限制了纳米材料的应用，原因是晶界具有大量的自由能，为晶粒生长提供了驱动力从而使纳米材料损失了一些原本优良的性质。另外有研究表明，孔隙、缺陷簇和第二相粒子等杂质会在很大程度上影响晶界的微观结构以降低晶界的自由能，从而达到热力学和动力学稳定的目的[10,11]。……