气相非合金化过程中，由体扩散驱动的非保守相变的原子尺度动力学

《Matter》：Atomic-scale dynamics of a bulk-diffusion-driven nonconservative phase transformation in vapor-phase dealloying

研究利用透射电镜中元素升华差异构建成分梯度，实时观测到由体扩散驱动的非保守固态相变过程，揭示Co-Zn合金中Zn原子扩散路径及晶格重构机制，挑战传统表面扩散主导的脱合金化理论。

　　

进展与潜力

研究涉及成分变化的固态相变（SSPTs）对于理解复杂材料的演变和新型合金的合理设计至关重要。在这里，我们利用合金内部元素升华的差异，在透射电子显微镜中创建了成分梯度。在原子尺度上的实时观察揭示了由空位体扩散和原子重排主导的成分变化引起的SSPTs动态。这些发现挑战了传统的仅通过表面扩散来控制脱合金化的机制——这种方法是制备纳米多孔结构的通用方法，并可能为设计受体扩散调控的功能性材料铺平道路。

亮点

•

通过选择性升华实现了透射电子显微镜（TEM）内的原位脱合金化

•

在非保守相变过程中发现了由空位介导的体扩散

•

阐明了γ-CoZn气相脱合金化过程中的Zn扩散路径

•

直接观察到了从γ-CoZn到α-Co的动态原子列重组

总结

脱合金化过程中的固态相变（SSPTs）决定了纳米多孔结构的演变，但由于经典表面扩散模型的主导地位，其原子尺度机制仍然难以捉摸。在这里，通过结合气相脱合金化和像差校正的透射电子显微镜技术，我们直接揭示了一种由体扩散而非界面动力学控制的非保守SSPT路径。实时追踪显示了一个转变级联过程：初始的Zn升华引发了亚稳态Zn缺乏中间体（γ-CoZn-vac）的形成，该中间体是母体γ-CoZn晶格的衍生物，随后发生原子列合并和晶格松弛，最终形成α-Co。我们进一步绘制了由化学势梯度驱动的Zn体扩散轨迹，并确定了易于发生重构的晶面。这项工作挑战了长期以来认为脱合金化仅依赖于表面动力学的假设，确立了体原子扩散作为非保守相变的一般驱动因素。我们的发现可能为通过空位介导的工程方法设计功能性纳米多孔材料提供理论框架。

图形摘要