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金属和金属合金中最常见的两种晶体结构是体心立方(bcc)和面心立方(fcc)结构。这些结构之间的相变，在耐用和功能性金属合金的生产中起着重要作用。尽管它们在技术上具有重要意义，但由于探测这些过程的挑战，这些相变的细节在很大程度上是未知的。在此，来自新加坡国立大学的Utkur Mirsaidov等研究者用原位加热透射电子显微镜，描述了PdCu合金纳米颗粒(NPs)的fcc-bcc相变的纳米细节。相关论文以题为“Dynamics of the
fcc-to-bcc phase transition in single-crystalline PdCu alloy nanoparticles”发表在Nature Communications上。https://www./articles/s41467-022-35325-y固-固(s-s)相变是指固体从一种晶体结构转变为另一种晶体结构，这种转变在许多矿物、金属、合金和陶瓷中都很常见。由于固体的晶体结构决定了其机械强度、光学性能、电导率和热导率，因此，s-s相变是材料技术中的重要过程之一。在金属和合金中，体心立方(bcc)和面心立方(fcc)结构是两种最常见的晶体结构。反之亦然，fcc-bcc相变常用于生产耐久钢、形状记忆合金、高熵合金和催化材料。然而，尽管它们在技术上具有重要意义，但这些相变的细节在很大程度上是未知的，因为探索相变的纳米级中间阶段在实验和理论上都具有挑战性。研究相变的常用实验技术有x射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)和常规透射电子显微镜(TEM)。这些实验方法有一些局限性。例如，XRD只能评估材料的平均结晶度，而对细微的粒子内部转变是盲目的。更重要的是，在马氏体转变的情况下，这是钢铁生产中的一个关键工艺步骤(例如，位移fcc到bcc转变)，相变发生在超高速情况下。因此，传统的EBSD和TEM方法，几乎不可能捕捉到转变的动态，因为它们缺乏必要的时间分辨率。此外，分子动力学模拟，通常用于这些相变的理论描述，提供非常有限的见解，因为模拟采用了过于简化的原子间相互作用势。理解fcc到bcc相变的关键问题，是一个相如何在另一个相中成核和生长。为了解决这个问题，研究者使用原位加热透射电镜研究了单晶PdCu合金NP如何从fcc转变为bcc NP。研究者选择这个NP系统有两个原因。首先，与钢相比，PdCu合金的fcc- bcc相变的时间尺度足够慢，这反过来使研究者能够用当前最先进的摄像机对转变的动态进行成像。其次，来自单晶NPs表面的应力明显低于受周围晶粒约束的多晶金属单个晶粒的应力，能够探测不受任何外部影响的相变。类似的原位透射电镜方法，已被用于研究单晶Pd、AgPd、Cu2S、HfO2纳米晶体和许多其他体系中的许多不同相变现象。观察表明，bcc相总是从fcc NP的边缘成核，然后通过形成独特的少原子宽相干bcc-fcc界面在NP上传播。值得注意的是，该界面作为bcc相成核的中间前驱体相。这些对fcc- bcc相变的认识对于一般理解固-固相变非常重要，可以帮助定制金属及其合金的功能特性。 
图1 fcc PdCu合金NP向B2 NP的相变。 
图2 fcc−B2界面结构与动力学。 
图3 fcc-B2相变示意图。 
图4 fcc- B2相变的驱动力。 
图5 fcc晶体中B2相的成核。 综上，研究中使用的单晶NPs构成了最简单的模型体系，虽然适合捕捉相变的本质，但可能在几个方面偏离了体多晶材料中发生的相变。在本体上，在NP情况下，形核通常从晶界、位错或缺陷开始，而不是从自由表面开始。第二，单个晶粒的相变和体积变化受到周围晶粒的约束;因此，应变和位错可能出现，以适应体积的变化。然而，由于发生许多位移转换的超高速，(无位错)相干界面很可能在这些相变中更常见。此外，研究表明，这种相干界面不仅在s-s相变过程中对新相的传播起着重要作用，而且对其成核也至关重要。(文：水生）
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