新顯微技術(shù)能實時跟蹤材料微觀結(jié)構(gòu)的變化情況

美國北卡羅萊納州立大學研究人員開發(fā)出一種新顯微技術(shù)，能實時跟蹤1000℃高溫和2吉帕斯卡應力下金屬或其他材料微觀結(jié)構(gòu)的變化情況。這一技術(shù)將有助于推動材料蠕變研究，促進用于極端環(huán)境的高性能材料研發(fā)。

任何固體材料在應力影響下，隨著時間推移都會出現(xiàn)緩慢但永久性的微小形變，這種現(xiàn)象被稱為蠕變。當材料長時間處于加熱狀態(tài)或高負載情況下，蠕變會變得更劇烈。對于新型高性能材料，尤其用于極端環(huán)境中的高性能材料研發(fā)來說，蠕變研究至關(guān)重要。

在新研究中，北卡羅萊納州立大學機械與航空航天工程教授艾福薩那·拉比率領(lǐng)研究團隊，在美國能源部和英國研究創(chuàng)新機構(gòu)的支持下，開發(fā)出原位掃描電鏡(SEM)加熱加載裝置，可以實時觀測材料在高至1000℃的溫度和2吉帕斯卡的應力下所發(fā)生的微觀結(jié)構(gòu)變化，如材料裂縫的形成和生長過程、材料失效過程中微結(jié)構(gòu)變形的情況等，這對于了解材料在不同負載和溫度條件下的特性及其行為非常有價值。

研究團隊利用該裝置對709合金樣品在750℃下的“蠕變—疲勞”情況進行了測試，并在最新一期《材料科學與工程：A》雜志上發(fā)表論文介紹了相關(guān)測試結(jié)果。709合金耐高溫，耐腐蝕，是一種極具應用潛力的合金材料，可用于制造核電站的結(jié)構(gòu)部件。

拉比指出，如果沒有新技術(shù)，要跟蹤709合金在“蠕變—疲勞”測試過程中微觀結(jié)構(gòu)的演變并模擬其在核反應堆使用多年后的情況是不可能的。在提供卓越的觀測能力的同時，新技術(shù)還大大節(jié)省了評估材料性能所需的時間和材料數(shù)量，這對于新材料，尤其是被設(shè)計用于極端環(huán)境的高性能材料研發(fā)來說是一個重大進步。