多晶是由许多小晶体组成的固体材料。晶体相遇的点称为晶界(GB)。GB很重要，因为它们会影响固体的行为方式。然而，传统的分析技术无法测量GB的纳米级细节。现在，东京大学工业科学研究所的研究人员使用电子能量损失光谱(EELS)来研究加热对钛酸锶(SrTiO3)的GB的影响。他们的研究结果发表在NanoLetters上。
GB会影响离子穿过材料的方式、它的传导方式和对热量的反应方式，以及在施加力时的响应方式。因此，它们在决定材料是否适合特定用途方面发挥着重要作用。
热膨胀系数(CTE)表示材料在加热时的尺寸如何变化。如果GB周围的情况与材料主体中的情况不同，则可能会形成裂纹。这可能导致大规模故障，这可能对材料所使用的结构或工艺产生严重影响。
传统上用于研究局部热膨胀的技术不具备直接测量GB周围膨胀所需的纳米级分辨率。因此，研究人员使用EELS和扫描电子显微镜来提高分辨率。
“我们研究了SrTiO3中两个不同GB周围的热膨胀——一个晶粒以36.8°的角度相遇(具有特殊名称S5)，另一个它们以45°的角度相遇，”研究第一作者KunyenLiao解释说.“具体来说，我们研究了当温度在100-700°C范围内升高时，CTE如何垂直于这些GB发生变化。”
结果发现，垂直于S5GB的CTE是bulk中膨胀的3倍，而垂直于45°GB的CTE仅为1.4倍。这些发现提供了直接测量的证据，证明GB增强了CTE，这对选择特定应用的材料具有重要意义。
“除了揭示SrTiO3中不同GB的热力学性质的变化外，我们的研究结果还证明了EELS在提供局部性质的纳米级细节方面的潜力，”研究通讯作者TeruyasuMizoguchi说。“我们希望我们的研究将提供一种方法来确定一系列不同材料的局部热特性，并有助于从汽车零件到电子产品的许多产品的选择过程。”