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晶界三叉结（Triple Junctions, TJs）作为多晶材料中连接相邻晶界的关键结构单元，在热机械刺激下主导着整个晶界网络的协同演化。TJs因其独特的物理特性对多晶材料的动力学行为具有深远影响。尤其在塑性变形、晶粒生长和再结晶过程中，TJs通过拓扑结构转变协调晶界网络的动态重组，其拖曳效应显著制约相邻晶界的迁移行为，从而在跨尺度微结构演化中扮演核心角色。尽管晶界动力学研究已较为成熟，但TJs的复杂几何构型和原子尺度实验技术的限制，使得对其动力学机制的理解远未完善。

当前对TJ动力学的认知存在显著空白。传统研究多聚焦于对称TJ在退火条件下的稳态迁移现象，而实际多晶材料中的TJ往往呈现非对称或非共轴结构，其动力学行为涉及核心结构的显著转变，现有理论难以统一解释。虽然基于位错或失配位错的模型被提出，但忽略了TJ过剩体积的动态变化对动力学过程的调控作用，导致无法全面描述TJ在塑性变形中如何协调晶界网络演化。此外，TJ与相邻晶界的缺陷交互机制及其对多晶材料塑性的影响尚不明确，缺乏原子尺度的直接实验证据，这些知识缺口严重制约了通过TJ/晶界工程优化材料性能的潜力。

针对上述晶界三叉结（TJ）动力学的研究问题，浙江大学等研究团队利用泽攸科技原位TEM开展了系统性研究，他们通过原位纳米加工-纳米力学测试技术，在Au和Pt多晶材料中直接观测到TJ动力学的原子机制，并提出了基于失配位错动力学的统一理论框架，相关成果以“Triple Junction Kinetics: Unified Atomic Mechanism and Coordinated Grain Boundary Network Evolution”为题发表在《SSRN》上。

本研究通过先进的原位纳米加工-纳米力学测试技术，结合TEM观测，系统揭示了金和铂多晶材料中TJ的动力学机制及其对晶界（GB）网络协同演化的调控作用。实验直接捕捉到TJ在应力驱动下的动态行为，发现其演化过程主要由相邻晶界上的失配位错活动主导。这些失配位错通过保守或非保守的方式在TJ附近相互作用，进而触发TJ的迁移、形态转变或核心重构。研究明确了TJ动力学的两种基本模式：保守模式要求失配位错的Burgers矢量和台阶高度严格守恒；而非保守模式则因守恒条件失效导致TJ核心结构的显著转变，并伴随过剩体积的重新分布。

图 通过邻近晶界的失配位错动力学实现稳态TJ迁移

进一步研究发现，TJ的动力学行为强烈依赖于失配位错在相邻晶界间的传输效率。当失配位错能够跨晶界协调运动时，TJ表现为保守迁移；而当传输受阻时，失配位错在TJ处堆积并诱发局部应变集中，进而激活非保守模式。例如，低Σ晶界（如Σ3）构成的TJ因失配位错反应速率低而倾向于保守迁移，而非共轴晶界组成的TJ则因Burgers矢量方向不匹配（如[110]倾斜晶界与[001]/[110]混合晶界相交）频繁发生自重构。这种重构行为通过周期性形成/塌缩的无序原子区释放应变，显著增强了TJ的变形兼容性。

图 具有横向位移的TJ迁移的一般形式

研究还建立了TJ动力学的统一框架，将晶界塑性、晶内塑性和TJ过剩体积的耦合作用纳入理论模型。通过扩展Burgers矢量守恒条件（引入过剩体积函数f(V)），量化了不同模式间的转变机制。例如，TJ过剩体积的扩张会降低失配位错形核能垒，促进缺陷发射；而其收缩则可能引发晶界旋转或晶粒形核。这一框架揭示了TJ在协调多晶材料塑性中的双重角色：保守模式通过拖曳效应调控晶界网络拓扑，而非保守模式则通过生成新晶界重塑网络结构。

图 失配位错介导的TJ形貌转变

最后研究探讨了TJ动力学对多晶材料宏观性能的启示。保守与非保守模式的交替转换（如Y-T形态转变→自重构→新晶粒形核）显著提升了晶界网络的变形柔性和可持续塑性。例如，TJ自重构不仅缓解了局部应变集中，还为孪晶或再结晶提供了形核位点。这些发现为通过晶界/三叉结工程优化材料性能提供了原子尺度的理论依据，并为多尺度模拟中TJ本构关系的构建奠定了实验基础。

图 失配位错介导的TJ动力学非保守模式

泽攸科技作为中国本土的精密仪器公司，是原位电子显微镜表征解决方案的供应商，推出的PicoFemto系列的原位透射电子显微镜表征解决方案，陆续为国内外用户的重磅研究成果提供了技术支持。下图为该研究成果中用到的泽攸科技原位TEM产品：

FEI双倾探针杆