材料对现代技术至关重要，尤其是在核能系统和军事应用等极端环境中使用的材料。这些材料需要承受高压、高温和腐蚀。了解它们在这种条件下的晶格级行为对于开发更有弹性、更便宜、更轻、更可持续的下一代材料至关重要。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家和合作者压缩了金属锆的单晶样品，发现在高压下，这种材料以令人惊讶的复杂方式变形。这项研究发表在《物理评论快报》和《物理评论B》两份期刊上。
在高应力条件下，材料通过位错滑移、晶体孪晶、剪切诱导非晶化、相变和断裂等机制释放剪切应力。
“了解这些微观机制对于开发材料性能的预测模型至关重要，”LLNL科学家Saransh Soderlind说，他是《物理评论快报》上这项研究的主要作者。
所有金属在压缩下都会发生塑性变形，即永久改变形状，这主要是由于在特定晶体学方向的某些平面上被称为位错的缺陷的运动。在锆的情况下，由于晶体结构随压力的变化而有额外的复杂性。
Soderlind说:“对晶体平面和材料变形方向的精确了解可以使我们开发出描述金属在极端压缩水平下的机械行为的模型。”“在我们对锆的研究中，我们采用了新的实验技术，揭示了元素金属是如何以一种意想不到的高度复杂的方式变形的。”
该团队使用飞秒原位x射线衍射来观察单晶锆在纳秒时间尺度上被压缩到高压的行为。研究小组发现了原子无序的存在，这是一种在元素金属中从未观察到的现象，并发现了晶体结构转变的多种途径，这是另一个首次观察到的现象。
在多晶锆中没有观察到这种无序和这些多相转变途径，增加了研究的新颖性。使用机器学习势的数百万原子分子动力学模拟证实了该研究的实验观察结果。
“这些发现揭示了金属在极端条件下的变形比以前所理解的更为复杂。这种丰富的原子运动挂毯可能在高压下的其他材料中很常见，”LLNL科学家雷蒙德史密斯说。
锆合金由于其高强度和低中子吸收截面，在核工业中被用作燃料棒包壳。它也广泛用于极端化学环境。
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希望本篇文章《锆金属在极端环境下展现出意想不到的复杂变形特征》能对你有所帮助！
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