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fcc Cu 处氢原子扩散路径:Σ9 和 Σ5 晶界与单晶
Journal of Materials Science ( IF 3.5 ) Pub Date : 2023-11-17 , DOI: 10.1007/s10853-023-09032-y
Cláudio M. Lousada , Pavel A. Korzhavyi

氢原子的扩散与金属中的许多物理化学过程有关。要详细了解多晶材料中的扩散,需要了解不同缺陷处扩散的活化能 (Δ E a ’s)。在这里,我们报告了与该材料的实际应用相关的 fcc Cu Σ9 和 Σ5 晶界 (GB) 处氢原子扩散的研究。确定了每个 GB 的完整可能扩散路径集,并且我们将块状 fcc Cu 的Δ E a与这些缺陷处的 Δ E a的情况进行了比较。我们发现,虽然GB处的许多扩散路径具有高弯曲度,但由于间质GB位点的特定结构特征,也有许多路径具有非常低的弯曲度。这些数据表明,氢原子在这些晶界上的扩散具有高度方向性,但速度可能很快,因为在某些路径上,Δ E a可以低至 0.05 eV。氢原子在整个 GB 模型中扩散的最低能量路径是 Σ9 的Δ E a = 0.05 eV 和 Σ5 的Δ E a = 0.20 eV,而 块状 fcc 晶体的Δ E a = 0.42 eV。这表明氢原子能够在这些缺陷处快速扩散。通过 Laguerre-Voronoi 曲面细分方法,我们研究了 GB 间隙位置的局部原子结构如何导致H 原子扩散的不同 Δ E a 。我们发现仅体积膨胀和配位数无法解释 Δ E a的大小。因此,我们开发了一种对称性量化参数,用于测量 GB 位点与大块八面体位点的对称性偏差,从而解释 GB 位点的畸变。只有当该参数与体积膨胀和配位数一起引入时,才有可能将局部结构与 Δ E a相关联并获得扩散描述符。完整的数据集表明,不同类型 GB 之间 H 原子扩散数据的外推并非易事,应谨慎进行。





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更新日期:2023-11-18
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