晶界三叉結(jié)（Triple Junctions, TJs）作為多晶材料中連接相鄰晶界的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元，在熱機械刺激下主導著整個晶界網(wǎng)絡的協(xié)同演化。TJs因其獨特的物理特性對多晶材料的動力學行為具有深遠影響。尤其在塑性變形、晶粒生長和再結(jié)晶過程中，TJs通過拓撲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變協(xié)調(diào)晶界網(wǎng)絡的動態(tài)重組，其拖曳效應顯著制約相鄰晶界的遷移行為，從而在跨尺度微結(jié)構(gòu)演化中扮演核心角色。盡管晶界動力學研究已較為成熟，但TJs的復雜幾何構(gòu)型和原子尺度實驗技術(shù)的限制，使得對其動力學機制的理解遠未完善。

當前對TJ動力學的認知存在顯著空白。傳統(tǒng)研究多聚焦于對稱TJ在退火條件下的穩(wěn)態(tài)遷移現(xiàn)象，而實際多晶材料中的TJ往往呈現(xiàn)非對稱或非共軸結(jié)構(gòu)，其動力學行為涉及核心結(jié)構(gòu)的顯著轉(zhuǎn)變，現(xiàn)有理論難以統(tǒng)一解釋。雖然基于位錯或失配位錯的模型被提出，但忽略了TJ過剩體積的動態(tài)變化對動力學過程的調(diào)控作用，導致無法全面描述TJ在塑性變形中如何協(xié)調(diào)晶界網(wǎng)絡演化。此外，TJ與相鄰晶界的缺陷交互機制及其對多晶材料塑性的影響尚不明確，缺乏原子尺度的直接實驗證據(jù)，這些知識缺口嚴重制約了通過TJ/晶界工程優(yōu)化材料性能的潛力。

針對上述晶界三叉結(jié)（TJ）動力學的研究問題，浙江大學等研究團隊利用澤攸科技原位TEM開展了系統(tǒng)性研究，他們通過原位納米加工-納米力學測試技術(shù)，在Au和Pt多晶材料中直接觀測到TJ動力學的原子機制，并提出了基于失配位錯動力學的統(tǒng)一理論框架，相關(guān)成果以“Triple Junction Kinetics: Unified Atomic Mechanism and Coordinated Grain Boundary Network Evolution”為題發(fā)表在《SSRN》上。

本研究通過先進的原位納米加工-納米力學測試技術(shù)，結(jié)合TEM觀測，系統(tǒng)揭示了金和鉑多晶材料中TJ的動力學機制及其對晶界（GB）網(wǎng)絡協(xié)同演化的調(diào)控作用。實驗直接捕捉到TJ在應力驅(qū)動下的動態(tài)行為，發(fā)現(xiàn)其演化過程主要由相鄰晶界上的失配位錯活動主導。這些失配位錯通過保守或非保守的方式在TJ附近相互作用，進而觸發(fā)TJ的遷移、形態(tài)轉(zhuǎn)變或核心重構(gòu)。研究明確了TJ動力學的兩種基本模式：保守模式要求失配位錯的Burgers矢量和臺階高度嚴格守恒；而非保守模式則因守恒條件失效導致TJ核心結(jié)構(gòu)的顯著轉(zhuǎn)變，并伴隨過剩體積的重新分布。

圖 通過鄰近晶界的失配位錯動力學實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)TJ遷移

進一步研究發(fā)現(xiàn)，TJ的動力學行為強烈依賴于失配位錯在相鄰晶界間的傳輸效率。當失配位錯能夠跨晶界協(xié)調(diào)運動時，TJ表現(xiàn)為保守遷移；而當傳輸受阻時，失配位錯在TJ處堆積并誘發(fā)局部應變集中，進而激活非保守模式。例如，低Σ晶界（如Σ3）構(gòu)成的TJ因失配位錯反應速率低而傾向于保守遷移，而非共軸晶界組成的TJ則因Burgers矢量方向不匹配（如[110]傾斜晶界與[001]/[110]混合晶界相交）頻繁發(fā)生自重構(gòu)。這種重構(gòu)行為通過周期性形成/塌縮的無序原子區(qū)釋放應變，顯著增強了TJ的變形兼容性。

圖 具有橫向位移的TJ遷移的一般形式

研究還建立了TJ動力學的統(tǒng)一框架，將晶界塑性、晶內(nèi)塑性和TJ過剩體積的耦合作用納入理論模型。通過擴展Burgers矢量守恒條件（引入過剩體積函數(shù)f(V)），量化了不同模式間的轉(zhuǎn)變機制。例如，TJ過剩體積的擴張會降低失配位錯形核能壘，促進缺陷發(fā)射；而其收縮則可能引發(fā)晶界旋轉(zhuǎn)或晶粒形核。這一框架揭示了TJ在協(xié)調(diào)多晶材料塑性中的雙重角色：保守模式通過拖曳效應調(diào)控晶界網(wǎng)絡拓撲，而非保守模式則通過生成新晶界重塑網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

圖 失配位錯介導的TJ形貌轉(zhuǎn)變

最后研究探討了TJ動力學對多晶材料宏觀性能的啟示。保守與非保守模式的交替轉(zhuǎn)換（如Y-T形態(tài)轉(zhuǎn)變→自重構(gòu)→新晶粒形核）顯著提升了晶界網(wǎng)絡的變形柔性和可持續(xù)塑性。例如，TJ自重構(gòu)不僅緩解了局部應變集中，還為孿晶或再結(jié)晶提供了形核位點。這些發(fā)現(xiàn)為通過晶界/三叉結(jié)工程優(yōu)化材料性能提供了原子尺度的理論依據(jù)，并為多尺度模擬中TJ本構(gòu)關(guān)系的構(gòu)建奠定了實驗基礎。

圖 失配位錯介導的TJ動力學非保守模式

澤攸科技作為中國本土的精密儀器公司，是原位電子顯微鏡表征解決方案的供應商，推出的PicoFemto系列的原位透射電子顯微鏡表征解決方案，陸續(xù)為國內(nèi)外用戶的重磅研究成果提供了技術(shù)支持。下圖為該研究成果中用到的澤攸科技原位TEM產(chǎn)品：

FEI雙傾探針桿