高速飞行器等航天器的服役环境十分恶劣,其表面材料会受到腐蚀,氧化等作用导致材料失效。在材料表面涂抹热障涂层是解决此问题的有效途径。氧化钇稳定氧化锆因具有优越的相稳定性与力学性能,先进的制备方法被广泛应用于航空航天热障涂层中。而材料的氧化与其内部氧的扩散速率有关,因此研究热障涂层中的氧扩散行为至关重要。
近日,南京航空航天大学易敏教授团队通过分子动力学模拟,考虑了真实环境中会存在的温度梯度与应力,研究了极端温度梯度与应力对8 mol.%氧化钇稳定氧化锆中氧自扩散行为的影响。计算结果表明,在极端温度梯度下,氧原子的自扩散受到促进,并且扩散趋向高温区域。由于扩散激活能的增加,单轴应力抑制了扩散的进行,而温度梯度则促进了氧在应力系统中的扩散。本工作的模拟结果揭示了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)在非平衡条件下的自扩散行为,为极端环境下高温陶瓷的抗氧化性能评价提供了有价值的理论指导和方法。
该研究以“Extreme temperature gradient promoting oxygen diffusion in yttria-stabilized zirconia: A molecular dynamics study”为题,发表在陶瓷领域权威期刊Journal of the American Ceramic Society(影响因子 3.5,https://doi.org/10.1111/jace.19996),并受到期刊主编的推荐。硕士生郭健为第一作者(2023年南航本科保研学生),博士生殷艳为该论文的共同第一作者,易敏教授为该论文的通讯作者。
该论文被JACS主编遴选为杰出论文:The Editor-in-Chief recommends this outstanding article.