材料通常被认为是一个阶段，但许多工程材料包含两个或更多的阶段，提高其性能和性能。这些两相材料在微观结构中含有被称为沉淀的夹杂物。
合金是两种或两种以上金属的组合，用于许多应用，如喷气发动机的涡轮机和汽车应用的轻质合金，因为它们具有非常好的机械性能，因为这些嵌入的沉淀。然而，随着时间的推移，析出物的平均尺寸趋于增加——这一过程被称为粗化——这导致带有纳米级析出物的微结构的性能下降。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员已经确定了一种稳定合金中纳米级沉淀的新途径。在一项新的研究中，材料科学与工程教授Pascal Bellon、博士后研究员Gabriel Bouobda Moladje和他们的合作者表明，利用非平衡过程来阻止沉淀粗化是可能的，从而产生稳定的纳米结构。
这项研究的结果最近发表在《物理评论快报》上。
Bellon说:“在过去的二十年里，研究人员已经意识到，在结构中加入纳米级的内含物实际上对材料非常有益。”“挑战在于，这些小颗粒自发地想要变得更大。”
把它想象成做意大利面:当油加入沸水中，刚加入和搅拌时油滴可能很小，但如果停止搅拌，油滴就会结合在一起形成更大的油滴。这就是粗化过程。Bellon解释说:“如果我们对小尺度物体的分布感兴趣，我们必须与物体变粗的自然趋势作斗争。”
该团队使用计算模型来研究当受到非平衡力照射时，在材料的不同晶体之间的区域形成的沉淀，称为晶界。在平衡环境中，力是平衡的，物质没有净变化。然而，在大多数应用中，硬材料受到非平衡力的影响，如辐照，甚至搅拌。因此，了解沉淀如何在这种非平衡环境中演化是很重要的。
“我们对经受高能粒子辐照的合金特别感兴趣，”Bellon说。“例如，这种情况发生在用于核应用的材料中。在太空中使用的材料也是如此，在那里它们受到宇宙射线的轰击。我们特别关注的是铝和锑的模型合金。”
在铝和锑的合金中，锑想要形成沉淀，就像油想要在水中形成水滴一样。研究人员发现，当辐照时，沉淀物会像预期的那样在晶界形成。但他们也发现，沉淀不会变粗并继续生长，而是会达到一定的大小，然后停止。这就是所谓的逮捕粗暴行为，这是一个意想不到的结果。
这种方法可以应用于其他材料系统，在这些系统中，物质的传输起着重要的作用，比如电池中电极之间离子的传输。在电池材料中，小的沉淀物可能是有利的，因为大的沉淀物会对材料产生很大的应力。在这种情况下，抑制粗化是有益的。
在这项计算研究之后，Bellon和UIUC MatSE教授Robert Averback和Marie Charpagne计划开始探索最近发表的结果的实验验证。Bellon说:“我们很高兴能将建模、理论和实验结合起来，同时利用所有材料研究实验室的工具，在实验水平上测试计算机模拟的预测。”
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