近日，我院研究团队在溶质原子共格孪晶界面偏聚研究方面取得重要进展，相关成果以“Unusual solute segregation phenomenon in coherent twin boundaries”为题发表在在Nature子刊《Nature communications》（影响因子12.12）上。重庆大学为第一单位和第一通讯单位，材料学院博士生何聪和厉志乔为本文共同第一作者，陈厚文副教授为通讯作者。

溶质原子界面偏聚对材料的性能有重要的影响。在过去十多年，金属材料中溶质原子界面偏聚行为研究一直是领域热点。目前公认的观点是，在镁合金中，原子半径比Mg大的溶质原子总是偏聚在共格孪晶界的受拉位置，而原子半径比Mg小的溶质原子总是偏聚在共格孪晶界的受压位置，从而使得降低孪晶界上的应变场。应变能最小化这一判据也成功地解释了后续在一些二元甚至三元镁合金中所报道的溶质原子共格孪晶界偏聚现象。

图1 Bi原子在{10 ̅11}共格孪晶界的受压位置周期性偏聚

在该研究工作中，陈厚文等人利用像差校正扫描透射电镜在Mg-Bi和Mg-Pb合金中首次发现了反常的孪晶界偏聚现象：原子半径比Mg大的Bi和Pb原子偏聚到{10 ̅11}共格孪晶界的受压位置，而在{10 ̅12}孪晶界的受拉和受压位置均不发生明显偏聚。这一现象不能用当前流行的应变能最小化观点来解释。他们发现孪晶界面处溶质原子的浓度会影响偏聚能，化学成键能力是导致产生该反常偏聚的主要原因。化学成键能力可以解释以往报道过的溶质原子孪晶界偏聚现象。该研究工作揭示了电子结构在溶质原子共格孪晶界偏聚中所发挥的重要作用，拓展了人们对密排六方金属孪晶界溶质原子偏聚现象的认知，同时对面心立方和体心立方金属材料中的溶质原子界面偏聚研究也有一定的启发意义。

图2孪晶界面处溶质原子浓度对偏聚能的影响

该研究工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划项目的资助。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-21104-8