为什么大角度晶界的界面能高？

寂静回声

问


答

为什么大角度晶界的界面能就比较高呢？
大角度晶界的界面能相对较高，这是因为它们的结构和性质不同于小角度晶界。

大角度晶界（位向差大于约10°）通常具有复杂的微观结构，因为相邻晶粒之间的位向差异较大，导致晶界处原子排列从一个晶粒过渡到另一个晶粒时需要发生较大的变化。这种复杂的结构意味着晶界处的原子排列偏离了理想的晶格位置，导致更高的局部畸变能。

在大角度晶界处，原子需要重新排列以适应两个晶粒的不同取向。这种重新排列通常涉及到更大的位移，导致晶界处的原子与理想晶格位置的偏差更大，因此产生了更多的弹性畸变能。

在大角度晶界处，原有的化学键被破坏，并形成新的化学键。由于晶界处的原子排列较为混乱，新形成的化学键可能不如晶粒内部的键强，因此晶界处的原子处于较高的能量状态。

对于大角度晶界，晶界两侧的晶格通常不匹配（非共格），这意味着晶界处的原子不能像在晶粒内部那样完美地排列。这种非共格效应导致了额外的能量消耗。

晶界处往往是杂质原子和溶质原子富集的地方。这些原子的存在可以进一步增加晶界能，因为它们会改变晶界处的原子排列，导致额外的畸变能。

相对于小角度晶界，大角度晶界具有更低的热力学稳定性，这意味着它们更容易发生变化或重排以降低能量。这种不稳定的状态也是晶界能较高的原因之一。

相比之下，小角度晶界可以被视为一系列平行位错的集合，这些位错的能量较低，因此小角度晶界的界面能也相对较低。