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金属银(Ag)作为一种生活中常见的贵金属材料,具有很高的科研价值和广阔的工业应用空间。近年来,Ag微纳结构材料在微机电系统、电子器件、催化等领域得到了广泛应用,其在服役过程中必然经历各种力、电、热等各种载荷的作用,从而导致结构变化和损伤,因此有必要对Ag微纳结构材料在外场作用下的结构演化开展研究。 微纳机电设备的优化设计需要调整其纳米材料的尺寸,尺寸不仅包括材料的直径也包括材料的长度,然而先前大量的研究大量集中在直径对力学性能的影响上,而长度对于小尺寸晶体的力学性能影响仍知之甚少。利用无定型碳沉积的方法,在透射电子显微镜中研究了相同直径但长度不同的Ag纳米线的力学变形行为。实验结果显示在Ag纳米线的变形行为中存在显著的长度效应,即纳米线的强度和延展性都会随长度的减小而增加。长度效应引起纳米线塑性差异的原因是滑移模式的变化;而长度效应引起的纳米线强度差异是由纳米线表面不稳定缺陷的数量造成的。对不同金属晶体的定量统计数据表明,由于不同的变形机制,纳米金属的强度随长径比的减少呈现两个完全相反的趋势。具体来说,当直径恒定时,强度随长径比的减小而增大;而当长度恒定时,强度随长径比的减小而减小。这些发现为金属纳米线尺寸效应下的变形机理提供了新的见解,对设计耐用的纳米结构和纳米器件具有重要意义。 氧化是关系到金属材料服役性能的关键问题。在Ag变形实验中观察到了局部的电子辐照损伤现象,高分辨分析揭示了损伤的实质为Ag发生了氧化行为。利用球差校正透射电镜进行了Ag纳米材料的原位氧化实验,实验揭示了Ag在自由表面的氧化会优先发生在(111)面的台阶边缘处,氧化物在这些形核位置以固固相变的形核方式长大并形成稳定的Ag2O相。密度泛函理论模拟结果验证了原位氧化的实验结果,模拟结果显示在Ag(111)面台阶边缘附近的最高氧结合能高于Ag单晶自由表面上的最高氧结合能。在钯(Pd)的原位氧化实验中,发现了与Ag相类似的氧化过程。离位实验显示Ag在空气中的氧化界面处也出现了大量的原子台阶,这说明在原位电镜中观察到的氧化机理也很可能适用于自然氧化条件。我们的这些发现为完善金属初期氧化行为体系提供了新的实验证据。