多晶是由許多小晶體組成的固體材料。晶體相遇的點稱為晶界(GB)。GB很重要，因為它們會影響固體的行為方式。然而，傳統(tǒng)的分析技術(shù)無法測量GB的納米級細(xì)節(jié)?，F(xiàn)在，東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的研究人員使用電子能量損失光譜(EELS)來研究加熱對鈦酸鍶(SrTiO3)的GB的影響。他們的研究結(jié)果發(fā)表在NanoLetters上。

GB會影響離子穿過材料的方式、它的傳導(dǎo)方式和對熱量的反應(yīng)方式，以及在施加力時的響應(yīng)方式。因此，它們在決定材料是否適合特定用途方面發(fā)揮著重要作用。

熱膨脹系數(shù)(CTE)表示材料在加熱時的尺寸如何變化。如果GB周圍的情況與材料主體中的情況不同，則可能會形成裂紋。這可能導(dǎo)致大規(guī)模故障，這可能對材料所使用的結(jié)構(gòu)或工藝產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

傳統(tǒng)上用于研究局部熱膨脹的技術(shù)不具備直接測量GB周圍膨脹所需的納米級分辨率。因此，研究人員使用EELS和掃描電子顯微鏡來提高分辨率。

“我們研究了SrTiO3中兩個不同GB周圍的熱膨脹——一個晶粒以36.8°的角度相遇(具有特殊名稱S5)，另一個它們以45°的角度相遇，”研究第一作者KunyenLiao解釋說.“具體來說，我們研究了當(dāng)溫度在100-700°C范圍內(nèi)升高時，CTE如何垂直于這些GB發(fā)生變化。”

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，垂直于S5GB的CTE是bulk中膨脹的3倍，而垂直于45°GB的CTE僅為1.4倍。這些發(fā)現(xiàn)提供了直接測量的證據(jù)，證明GB增強了CTE，這對選擇特定應(yīng)用的材料具有重要意義。

“除了揭示SrTiO3中不同GB的熱力學(xué)性質(zhì)的變化外，我們的研究結(jié)果還證明了EELS在提供局部性質(zhì)的納米級細(xì)節(jié)方面的潛力，”研究通訊作者TeruyasuMizoguchi說。“我們希望我們的研究將提供一種方法來確定一系列不同材料的局部熱特性，并有助于從汽車零件到電子產(chǎn)品的許多產(chǎn)品的選擇過程。”