材料的力学性质与位错结构紧密相关。传统的堆垛层错（GSF）模型虽然已广泛应用于金属材料的位错研究，但陶瓷材料的化学键结构较为复杂，包含共价键、离子键、金属键等多种属性，传统模型在陶瓷材料中往往无法得到合理的结果。在此背景下，我院青年教师李宜和清华大学万春磊副教授合作提出了基于局域失配能（LME）求解位错结构、计算位错形成能以及临界滑移驱动力（PN力）的新方法，在钛酸锶中得到的PN力相较GSF模型的结果提升了两个数量级，与实验值符合。LME模型引入了原子沿滑移面方向的自由度，模拟了化学键结构突变与极化反转等陶瓷材料中的特有现象。此外，对含有氧空位的缺陷结构的模拟发现氧空位可以降低钛酸锶的位错形成能与PN力。上述工作使得钛酸锶的断裂韧性提高了30%。该项工作为非金属材料的位错研究提供了理论方法，有助于深入理解位错的成核及动力学过程，为优化陶瓷材料的机械性能，探索陶瓷的超塑性提供理论支持。

图1 探索陶瓷材料的位错结构及力学特性的新方法：局域失配能模型设计与钛酸锶陶瓷的位错特性

上述成果以“Theoretical insights into the Peierls plasticity in SrTiO3 ceramics via dislocation remodelling”为题，发表在国际知名期刊《自然•通讯》（Nature Communacations）上，我院青年教师李宜为文章的第一作者。

以上工作得到了国家重点研发计划、国家自然基金项目，以及科技部重点研发计划等项目的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34741-4