文章导读
当你为合金性能的瓶颈一筹莫展时，是否想过问题可能出在孪晶的形成机制上？大多数研究聚焦变形或退火孪晶，却忽略了相变孪晶那套更隐蔽的“生长密码”。西安交大团队的最新研究发现，相变孪晶并非直接成形，而是先以中间相悄然形核，再通过变体择优生长触发非共格孪晶界——这个过程中，原子扩散与晶格错配竟在毫米级尺度上紧密耦合。这一机制颠覆了传统认知，意味着你可能一直找错了调控材料性能的切入点。那套全新的形核-生长模型，能否让你从此精准操控纳米孪晶？
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随着纳米孪晶金属材料不断涌现，理解孪晶的形核与生长机制成为调控其尺寸、数量密度和界面结构提高材料性能的重要基础问题。然而，与变形孪晶、生长孪晶和退火孪晶相比，相变孪晶的形核与生长机制仍不清楚。纯位移型相变孪生过程动力学太快，难以从原子尺度观察孪晶形核与生长过程。与之相反，扩散-位移型（混合）固态相变动力学缓慢，可通过比较不同阶段的微观组织和化学特征，捕捉到相变孪晶的形核与生长过程。
近日，前沿院马天宇教授团队与杭州电子科技大学刘孝莲博士和北京航空航天大学吴煜烨博士合作，从原子尺度揭示了Fe-Ga合金混合型固态相变孪晶的形核与生长过程。他们研究发现，FCC平衡相孪晶最初以 L60 型面心四方（FCT）中间相的形式形核，这一阶段形成共格孪晶界（CTB）；随后，部分FCT纳米孪晶变体的择优生长导致了非共格孪晶界（ITB）形成，即优先长大的FCT纳米孪晶变体的四方度快速变大，与后长大的变体之间形成大的晶格错配度；随着FCT纳米孪晶变体的进一步生长与合并，在非共格孪晶界处堆积大量层错。此外，还发现非共格孪晶界附近区域成分起伏大于共格孪晶界附近，表明纳米孪晶的生长与原子扩散之间存在强烈的耦合作用。这些发现可为调控相变孪晶的形态和材料性能提供理论指导。
图1 Fe72Ga28合金混合型相变孪晶形核与生长阶段的微观结构与元素分布
相关工作以《扩散-位移混合型相变孪晶的形核与生长机制：以Fe-Ga合金为例》（Nucleation and growth of phase transformation twins via coupled diffusive-displacive mechanism: A case study in Fe-Ga alloy）为题在线发表于金属材料领域旗舰刊物《材料学报》（Acta Materialia）。前沿院博士生陈莹为论文第一作者，前沿院助理教授苟峻铭、马天宇教授和杭州电子科技大学刘孝莲博士为论文共同通讯作者，西安交通大学前沿院和金属材料强度国家重点实验室为论文第一通讯单位。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.122350
马天宇教授课题组主页：http://gr.xjtu.edu.cn/web/matianyu/home
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这个研究真硬核，原子尺度观察孪晶生长，太强了🤔