北京
▲科研人員開發(fā)出暗場電子層析成像新方法（視頻由AI生成）
生活中，金屬材料隨處可見，小到螺絲釘，大到飛機外殼。金屬如何做到既堅固又具有一定的可塑性？答案就隱藏在它們的微觀結(jié)構(gòu)里。
01
誰定“強”“弱”
當我們把一塊普通金屬放大千萬倍，會發(fā)現(xiàn)它由無數(shù)個微小的晶粒拼接而成，就像磚塊砌成的墻壁。晶粒之間的“接縫”，在材料學中被稱為晶界，直接影響金屬的強度、耐熱性和穩(wěn)定性。
特別是當晶粒縮小到納米級，晶界數(shù)量劇增，其排列和演化決定了納米金屬材料的命運。
長期困擾科學家的難題是，晶界是三維立體結(jié)構(gòu)，而傳統(tǒng)電子顯微鏡只能提供二維平面圖像，就像只能看到一個人的影子，卻無法看清真實的長相和姿態(tài)。看不清晶界，就很難從根本上理解納米金屬為什么變軟、為什么不穩(wěn)定。
02
合成“全身CT”照
近日，中國科學院金屬研究所團隊開發(fā)出暗場電子層析成像新方法DFET-Nano，實現(xiàn)了對納米金屬晶界的三維“透視”。簡單來說，這就像給納米晶粒作CT掃描。
團隊利用透射電子顯微鏡，從不同角度為納米晶粒拍攝大量暗場像照片，然后通過復雜的重構(gòu)算法，將二維圖像合成為高精度的三維立體模型。目前，該技術(shù)的空間分辨率已經(jīng)達到0.3納米。
▲納米金屬三維晶界圖（圖片由AI生成）
這種方法不僅重建了晶粒的外形，還能同步解析其晶體學取向。也就是說，研究人員不僅能“看見”晶粒長什么樣，還能知道每個晶粒的晶界結(jié)構(gòu)特征，從而精確計算出晶界的晶面指數(shù)和曲率。這些直觀的三維證據(jù)，首次在實驗中驗證了理論物理學家提出的“受限晶體結(jié)構(gòu)”特征。
這項研究就像一把鑰匙，打開了納米材料“黑箱”。借助它，科學家能在三維空間中直接觀察和測量晶界變化，從而更透徹地理解納米金屬穩(wěn)定機制，為未來設(shè)計更高性能、更穩(wěn)定的納米材料提供了新的表征手段。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102619
來源：中國科學院金屬研究所
責任編輯：潘鵬
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