科学家揭示小尺度上空位辅助疲劳损伤机制

人们对块体金属疲劳损伤的经典理论进行了广泛的研究，但对于亚微米和纳米尺度上的根本疲劳机制知之甚少，因为在亚微米和纳米尺度上位错模式的形成受到完全抑制。

中国科学院金属研究所张光平教授课题组通过对疲劳损伤的定量分析，揭示了较小尺度上以空位为主导的疲劳机制。

在本研究中，研究人员发现，虽然在h=930 nm~90 nm的Au薄膜中没有发现典型的持续滑移带状位错图案，但在这些薄膜中也可以观察到严重的疲劳挤压/侵入行为。

出乎意料的是，相对挤压高度随薄膜厚度的减小而增大，甚至比块体单晶和多晶的挤压高度大了数千倍，但小尺寸薄膜的抗疲劳性能或疲劳寿命却高于块体薄膜。

将疲劳损伤和空位缺陷的详细表征与理论计算相结合，表明空位的连续产生和迁移对于挤压/侵入的形状及其在亚微米甚至纳米尺度上的生长动力学至关重要。

在小尺度上发现空位主导的疲劳机制，有助于我们将对金属疲劳机制的理解扩展到亚微米甚至纳米尺度。

研究人员还提出了一种创新的界面工程方法，通过调节耐疲劳材料的空位行为，包括新能源电池的复合集流体、柔性电子设备和微机电系统中的机械部件。

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