晶界速度，一直被認為與曲率有關，這是多晶材料在退火過程中如何變粗的一個重要關係。在此，來自美國卡耐基梅隆大學的GREGORY S。 ROHRER 等研究者，用高能衍射顯微鏡測量了鎳多晶在800°C退火前後的三維取向圖，確定了大約52，000個晶界的速度和曲率。
意外地在多晶鎳中發現晶界速度和曲率不相關，對於多晶體，傳統的關於晶界遷移的基本假設是不正確的
。相關論文以題為“Grain boundary velocity and curvature are not correlated in Ni polycrystals”發表在最新Science上。
論文連結：
https：//www。science。org/doi/10。1126/science。abj3210
在多晶材料的高溫加工過程中，晶界遷移是造成最終微觀結構的主要原因，因此影響材料的許多宏觀效能
。這一過程發生在許多重要材料中。例如，晶界的內部結構影響積體電路中多晶銅的強度和電導率，以及高強度汽車鋼的韌性。晶界的排列，對電介質、熱電和光伏器件中使用的功能材料的效能，也有深遠的影響。在地質學領域，晶界遷移模型對於理解地幔岩石的性質和從大冰原的微結構測量中獲得古氣候資訊非常重要。
在晶內缺陷中儲存的能量最小，且邊界曲率是晶粒生長的最主要驅動力的情況下，假設晶界以與晶界平均曲率（κ）和晶界能量（γ）成正比的速度（v）向其曲率中心移動，因此：v = Mκγ （1），M是一個比例常數被稱為遷移率。透過雙晶體晶界遷移的測量和模擬，
驗證了晶界速度與曲率之間的線性關係。
如果接受平均晶粒生長速率作為晶粒邊界速度的函式代表和反向平均晶粒尺寸作為曲率的函式代表，簡單的線性關係也即描述了多晶的平均行為。儘管近70年來，（1）式中的簡單表示式被廣泛用於解釋模擬和實驗，主要是基於其在雙晶體研究中的驗證，但有一系列證據表明，流動性和驅動力（κγ）都不是常數；相反，兩者對邊界結構都很敏感。
儘管公式(1)廣泛接受並應用，但多晶體中的晶界是否以與它們的曲率成比例的速度遷移，仍然是一個懸而未決的問題
。多晶的晶界與雙晶的晶界有一個重要的區別：它們不是能夠自由移動，而是（平均）透過5條三重線與10個其他晶界相連。因此，晶界如果不同時改變連線晶界的位置和麵積，就無法減少其面積，但這些變化不一定會減少總能量。這些相互依賴可能解釋了，在曲率驅動力存在的情況下，一個緩慢移動邊界的臨界種群如何能夠導致穀物增長停滯；或者為什麼基於假設公式1有效性的邊界遷移率測量，對晶體學上相同的邊界會導致不一致的結果？
在多晶材料中，晶界速度尚未被測量的技術原因是，直到最近還沒有辦法測量嵌入不透明材料中的晶體的形狀和體積與時間的關係。近場高能衍射顯微鏡（HEDM）在過去十年的發展，使以上測量成為可能。目前，HEDM和相關技術已廣泛用於研究多晶退火過程中發生的變化，包括孿晶形成、粗化和晶粒長大等。
在這裡，研究者介紹了
一種透過測量不同時間間隔的微觀組織，來確定晶界速度的簡單方法。
利用鎳在800°C退火過程中6次成像的三維組織，測量了已知晶體學中超過5×104個晶面的晶界曲率和速度。
出乎意料的是，晶界速度和曲率不相關
。相反，研究者發現邊界速度和五個決定了晶界晶體學宏觀引數之間有很強的相關性。速度對晶界的敏感性，可能是缺陷介導的晶界遷移或晶界能各向異性的結果。速度和曲率之間缺乏相關性，可能是由晶界網路施加的約束造成的，這意味著需要一個新的晶界遷移模型。
圖1 晶界遷移。
圖2 晶界速度作為曲率的函式。
圖3 平均速度作為晶體引數的函式。
圖4 Σ3和Σ7晶粒邊界的選定屬性。
鑑於Ni、Cu、Al和Au的邊界性質是高度相關的，該觀察結果也可能適用於其他具有面心立方結構的技術上重要的金屬。
晶界速度與平均曲率不相關的發現表明，對於多晶體，傳統的關於晶界遷移的基本假設是不正確的。
因此，基於這一假設的模型存在潛在的缺陷。這可能解釋了在觀測和模擬之間逐粒比較的少數情況下，這些模型無法預測微觀結構級別的細節。該發現表明，需要一個新的晶界遷移模型來預測微觀組織演化。新模型的一個必要條件是它包括了晶界晶體學，這裡顯示了它對晶界遷移動力學的影響。（文：水生）
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