Nanograined metalen en legeringen, waarvan de korrelgrootte kleiner is dan 100 nm, vertonen extreem hoge sterkte en hoge ductiliteit, met uitstekende mechanische eigenschappen. Nanokorrelige materialen, echter, hebben een groot aantal korrelgrenzen en dus een hoge totale korrelgrensenergie. Bij een temperatuur hoger dan een kritische temperatuur, korrels in nanokorrelige materialen zullen spontaan groeien om de korrelgrensenergie te verminderen, wat leidt tot thermische instabiliteit van de materialen. Een gebruikelijke benadering om de thermische stabiliteit te verbeteren is via korrelgrens energiesegregatie, die thermodynamisch de korrelgrensenergie verlaagt en kinetisch de beweging van korrelgrenzen vastlegt, waardoor de kritische herkristallisatietemperatuur wordt verhoogd. Echter, de rol van mechanische spanningen in de thermische stabiliteit is nog niet systematisch onderzocht.

Een recent gepubliceerd artikel getiteld "Grain border segregation and relaxation in nano-grained polycrystalline alloys, " in WETENSCHAP CHINA Natuurkunde, Mechanica en astronomie , bestudeert systematisch de thermische stabiliteit van legeringen met nanokorrels, door analytisch onderzoek van drie gekoppelde gedragingen tussen korrelgrenzen en kristallijne korrels onder chemische concentraties en mechanische spanningen. De drie gekoppelde gedragingen zijn 1) de koppeling tussen korrelgrensspanning en korrelspanning, 2) korrelgrensscheiding, en 3) de koppeling tussen concentratie en stress. Eindelijk, er is een nieuw thermodynamisch criterium ontwikkeld voor de thermische stabiliteit van legeringen met nanokorrels, waaruit blijkt dat spanningen daar een zeer grote rol spelen. De auteurs van het artikel zijn Zhang Tong-Yi, Gao Yingxin en Sun Sheng van Materials Genome Institute, Universiteit van Shanghai.

De thermodynamische energie is verdeeld in de mechanische energie en de chemische energie en beide zijn aan elkaar gekoppeld. De analyse van mechanische energie houdt rekening met de eigenspanning van de korrelgrens en de eigen-rek veroorzaakt door korrelgrenssegregatie en ontwikkelt een hybride methode om het probleem van de eigen-spanning en de eigen-rekkoppeling op te lossen. De chemische thermodynamische analyse houdt rekening met het verschil in de chemische potentialen van zuivere elementen in korrelgrenzen en in korrels, en stelt daarom een ​​gegeneraliseerde McLean adsorptie-isotherm voor, die natuurlijk ook de term stress omvat. Op basis van de drie coherente koppelingseffecten, er is een nieuw criterium ontwikkeld voor de thermische stabiliteit van legeringen met nanokorrels, en kwantitatief en analytisch uitgedrukt door het verschil in molaire vrije energie tussen een nanokorrelige polykristallijne legering en zijn tegenhanger van één kristal. Een positief of negatief verschil in molaire vrije energie geeft aan dat de legering met nanokorrels thermisch onstabiel of stabiel is.

Ni1-xMox binaire legeringen worden als voorbeeld genomen om te illustreren, met figuren, de theoretische resultaten en de rol van elke parameter die betrokken is bij het analytische criterium. De huidige studie toont aan dat spanningen een cruciale rol spelen in de thermische stabiliteit van legeringen met nanokorrels. Elk criterium zonder rekening te houden met interne spanningen zou de thermische stabiliteit van legeringen met nanokorrels gedeeltelijk schatten.