在過去的幾十年中，金屬納米線因其獨特的物理、機械和化學性能，在納米電子學和納米機電系統（NEMS）領域得到了廣泛應用。金屬納米線展現出諸如顯著的彈性、超塑性和超高強度等優異的力學特性，這使得它們成為許多高科技應用的理想選擇。但當這些納米線被集成到納米器件中時，它們可能會遭受外部機械應力的影響，尤其是在作為柔性可穿戴設備中的納米電路主要組成部分時，需要承受反復彎曲的情況。然而盡管對納米線的拉伸-壓縮行為已有大量研究，但關于它們的彎曲變形行為，尤其是原子尺度的變形機制，仍然不完全清楚。文獻報道的金屬納米線的可逆彎曲應變通常不超過約10%，這對于需要良好抗疲勞性能的應用來說是一個限制因素。

針對上述問題，由浙江大學組成的研究團隊利用澤攸科技TEM原位測量系統進行了深入研究，這項研究通過原位納米力學測試結合原子模擬，探索了嵌入縱向孿晶界的金納米線的變形行為，特別是在不同加載速率下的響應。通過這項工作，研究團隊揭示了在低加載速率下，堆垛層錯（SFs）的運動及其與孿晶界的相互作用，以及在高加載速率下，高角度晶界（HAGBs）的形成及其可逆遷移在金納米線中占主導地位的機制。這些發現不僅增進了對金屬納米線彎曲行為的理解，而且為設計具有改善疲勞抗力和大可恢復應變能力的納米器件提供了新的啟示。

相關成果以"In Situ Observation of High Bending Strain Recoverability in Au Nanowires"為題發在了《Crystals》期刊上。全文鏈接：https://doi.org/10.3390/cryst13081159

論文的主要研究內容是關于金納米線（Au NWs）在不同加載速率下的彎曲變形行為及其恢復性。研究團隊通過原位納米力學測試與原子尺度模擬相結合的方法，對嵌有軸向雙晶界（TB）的金納米線進行了詳細的研究。

研究發現，這些金納米線在存在雙晶界的情況下，展現出高達27.5%的可恢復彎曲應變。這一現象與加載速率密切相關：在較低的加載速率下，可恢復的彎曲主要歸因于堆垛層錯（SFs）的運動及其與雙晶界的相互作用；而在較高的加載速率下，則是高角度晶界（GBs）的形成及其可逆遷移成為主導機制。

圖 可恢復應變的金納米線在低加載速率下的表現

為了進行實驗，研究團隊利用透射電子顯微鏡（TEM）中的原位納米制造技術制備了金納米線，并對其進行彎曲加載。加載過程中，探針被準確控制以施加恒定的低（0.1 nm/s）或高（2 nm/s）加載速率的往復彎曲載荷。加載速率的改變導致了不同的應力分布，進而引起了變形結構的差異。

在低加載速率下，堆垛層錯均勻分布在整個樣本中，并在反向加載時主導了恢復過程。而在高加載速率下，高角度晶界的形成及它們的可逆遷移成為了控制變形的關鍵因素。雙晶界不僅作為晶界滑移的起點和終點，還作為位錯的形核點，促進了位錯的積累和傳播，從而提高了材料的延展性和硬化能力。

圖 原位透射電子顯微鏡 (TEM) 圖像展示了通過晶界 (GB) 遷移介導的高可恢復應變，它使含有雙晶界 (TB) 的納米線在高加載速率下展現出可恢復的彎曲

這項研究揭示了金納米線在不同加載速率下的變形機制，并展示了它們在往復彎曲載荷下的應變恢復能力。這一成果為設計具有優良抗疲勞性能和大應變恢復能力的柔性電子材料提供了新的思路。

安徽澤攸科技有限公司作為中國本土的儀器公司，是原位電子顯微鏡表征解決方案的供應商，推出的PicoFemto系列的原位透射電子顯微鏡表征解決方案，陸續為國內外用戶的重磅研究成果提供了技術支持。下圖為本研究成果中用到的原位透射電鏡樣品桿：