多主元合金中的化学短程有序

大量的研究表明多主元合金中广泛地存在对其性能提升有重要影响的化学短程序.利用先进的透射电子显微成像技术可以在原子分辨率水平分析多主元合金中化学短程序的尺度、成分和构型.

纳米尺度砷化硼的超大拉伸弹性

砷化硼(BAs)是一种具有超高热导率的半导体,未来集成到功能器件会不可避免地承受外部应力,因此对BAs弹性和强度的研究非常紧迫.在这项工作中,我们从BAs单晶中制备了长度为1–3μm,宽度为100–300 nm的BAs纳米桥,并沿着[100],[101]和[111]取向进行了原位单轴拉伸试验.试验结果表明,BAs单晶纳米桥的拉伸弹性具有明显的取向依赖性,其中[100]取向纳米桥的拉伸应变高达9%,相应拉伸强度高达34.8 GPa.另外,我们从理论上探讨了拉伸应变对BAs电子结构和热输运的影响.结果表明,随着应变的增加,BAs的带隙会减小,晶格热导率显著降低.其中,若沿[111]方向发生12%的拉伸应变,BAs将由间接带隙转变为直接带隙半导体;而在相同应变量下,沿[100]方向的拉伸应变对BAs热导率的影响要显著低于[101]和[111]方向.这些发现为BAs的能带调控和热管理提供了重要的启示,如在实际器件中可通过“应变工程”实现BAs电和热的调控.

双倾原位透射电镜力学样品台的设计及原子尺度下对金刚石变形和断裂的观察

原位透射电子显微技术(in-situ TEM)可以动态观察材料内部缺陷的交互作用,是研究材料构效关系的重要手段.本文报道了一种自主研制的力学加载双倾in-situ TEM样品台,这种样品台具有前后、左右、上下、旋转以及β倾转五个维度的操控参数,并结合了世界上最硬的纳米孪晶金刚石制作压头,可实现在极高载荷下样品的高分辨原位观察,并可对样品进行360°三维空间重构.利用该样品台,对?100?,?110?及?111?取向的金刚石纳米针进行了原位弯曲,发现金刚石纳米针可实现大的弯曲变形,并最终沿{111}解理断裂.同时利用该样品台对金刚石纳米片进行了原位压痕实验,在原子尺度下观察了金刚石纳米片中裂纹的扩展,发现裂纹由原子级平整的{111}面台阶构成.具有超高强度和硬度金刚石的变形和屈服以及相应原子尺度下的原位表征证实了该in-situ TEM样品台的稳定性和可靠性,未来基于该样品台可拓展更广泛的研究,包括材料的多场加载、原子尺度原位表征及三维成像.