在過去的幾十年中，金屬納米線因其獨(dú)特的物理、機(jī)械和化學(xué)性能，在納米電子學(xué)和納米機(jī)電系統(tǒng)（NEMS）領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。金屬納米線展現(xiàn)出諸如顯著的彈性、超塑性和超高強(qiáng)度等優(yōu)異的力學(xué)特性，這使得它們成為許多高科技應(yīng)用的理想選擇。但當(dāng)這些納米線被集成到納米器件中時(shí)，它們可能會(huì)遭受外部機(jī)械應(yīng)力的影響，尤其是在作為柔性可穿戴設(shè)備中的納米電路主要組成部分時(shí)，需要承受反復(fù)彎曲的情況。然而盡管對(duì)納米線的拉伸-壓縮行為已有大量研究，但關(guān)于它們的彎曲變形行為，尤其是原子尺度的變形機(jī)制，仍然不完全清楚。文獻(xiàn)報(bào)道的金屬納米線的可逆彎曲應(yīng)變通常不超過約10%，這對(duì)于需要良好抗疲勞性能的應(yīng)用來說是一個(gè)限制因素。

針對(duì)上述問題，由浙江大學(xué)組成的研究團(tuán)隊(duì)利用澤攸科技TEM原位測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，這項(xiàng)研究通過原位納米力學(xué)測(cè)試結(jié)合原子模擬，探索了嵌入縱向?qū)\晶界的金納米線的變形行為，特別是在不同加載速率下的響應(yīng)。通過這項(xiàng)工作，研究團(tuán)隊(duì)揭示了在低加載速率下，堆垛層錯(cuò)（SFs）的運(yùn)動(dòng)及其與孿晶界的相互作用，以及在高加載速率下，高角度晶界（HAGBs）的形成及其可逆遷移在金納米線中占主導(dǎo)地位的機(jī)制。這些發(fā)現(xiàn)不僅增進(jìn)了對(duì)金屬納米線彎曲行為的理解，而且為設(shè)計(jì)具有改善疲勞抗力和大可恢復(fù)應(yīng)變能力的納米器件提供了新的啟示。

相關(guān)成果以"In Situ Observation of High Bending Strain Recoverability in Au Nanowires"為題發(fā)在了《Crystals》期刊上。全文鏈接：https://doi.org/10.3390/cryst13081159

論文的主要研究內(nèi)容是關(guān)于金納米線（Au NWs）在不同加載速率下的彎曲變形行為及其恢復(fù)性。研究團(tuán)隊(duì)通過原位納米力學(xué)測(cè)試與原子尺度模擬相結(jié)合的方法，對(duì)嵌有軸向雙晶界（TB）的金納米線進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

研究發(fā)現(xiàn)，這些金納米線在存在雙晶界的情況下，展現(xiàn)出高達(dá)27.5%的可恢復(fù)彎曲應(yīng)變。這一現(xiàn)象與加載速率密切相關(guān)：在較低的加載速率下，可恢復(fù)的彎曲主要?dú)w因于堆垛層錯(cuò)（SFs）的運(yùn)動(dòng)及其與雙晶界的相互作用；而在較高的加載速率下，則是高角度晶界（GBs）的形成及其可逆遷移成為主導(dǎo)機(jī)制。

圖 可恢復(fù)應(yīng)變的金納米線在低加載速率下的表現(xiàn)

為了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)利用透射電子顯微鏡（TEM）中的原位納米制造技術(shù)制備了金納米線，并對(duì)其進(jìn)行彎曲加載。加載過程中，探針被準(zhǔn)確控制以施加恒定的低（0.1 nm/s）或高（2 nm/s）加載速率的往復(fù)彎曲載荷。加載速率的改變導(dǎo)致了不同的應(yīng)力分布，進(jìn)而引起了變形結(jié)構(gòu)的差異。

在低加載速率下，堆垛層錯(cuò)均勻分布在整個(gè)樣本中，并在反向加載時(shí)主導(dǎo)了恢復(fù)過程。而在高加載速率下，高角度晶界的形成及它們的可逆遷移成為了控制變形的關(guān)鍵因素。雙晶界不僅作為晶界滑移的起點(diǎn)和終點(diǎn)，還作為位錯(cuò)的形核點(diǎn)，促進(jìn)了位錯(cuò)的積累和傳播，從而提高了材料的延展性和硬化能力。

圖 原位透射電子顯微鏡 (TEM) 圖像展示了通過晶界 (GB) 遷移介導(dǎo)的高可恢復(fù)應(yīng)變，它使含有雙晶界 (TB) 的納米線在高加載速率下展現(xiàn)出可恢復(fù)的彎曲

這項(xiàng)研究揭示了金納米線在不同加載速率下的變形機(jī)制，并展示了它們?cè)谕鶑?fù)彎曲載荷下的應(yīng)變恢復(fù)能力。這一成果為設(shè)計(jì)具有優(yōu)良抗疲勞性能和大應(yīng)變恢復(fù)能力的柔性電子材料提供了新的思路。

安徽澤攸科技有限公司作為中國本土的儀器公司，是原位電子顯微鏡表征解決方案的供應(yīng)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。下圖為本研究成果中用到的原位透射電鏡樣品桿：