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由增强相的“bone”和基体的“flesh”组成了金属基复合材料的“bone-flesh”结构，使得复合材料能够兼具基体和增强相的优点，显示出一定程度的强韧性和功能性匹配。氧化物由于存在颗粒、纤维、晶须等多种微观形态，是金属基复合材料中最常见的增强相之一，其具有轻质高强、优异的结构性能和电子性能等特点，使得金属/氧化物复合材料被广泛应用于电子、热障涂层、存储、催化、半导体、传感器等领域。
金属/氧化物复合材料中基体和增强相之间的界面结合是影响复合材料性能的关键因素之一，改善界面结合有利于进一步综合提高复合材料性能，而界面处金属和氧化物两相之间普遍存在一定程度的结构和性能差异。要在实际应用中制备出兼具良好力学、热学、电学等性能的金属/氧化物界面，必须深入理解界面处金属和氧化物两相之间的微观相互作用过程和结合机理，同时充分发挥数值模拟的优势及其在微结构相关实验过程中的指导作用。
西南交通大学蒋小松团队报道和总结了近年来金属/氧化物界面纳观尺度和微观尺度数值模拟，以及微结构相关实验中的研究进展和所面临的科学问题，包括获得良好界面结合的制备方法及其参数，界面处原子级别的微观结构和性能表征。文章重点研究了界面处原子和电子层面的相互作用机理和结合机理，以及界面微观结构中的缺陷和物理化学行为对界面微观结构和性能的影响。
该综述论文题为”Nano/Micro-scale numerical simulation and microscopic analysis on metal/oxide interfaces: A review”，发表在复合材料顶级期刊《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》(2022年影响因子9.463)。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2022.107184
文章基于金属/氧化物界面普遍存在的结构和性能差异，综述了使用数值模拟研究金属/氧化物界面的全过程和实验研究金属/氧化物界面的结果。前者包括块体、表面、界面、界面微观结构中的终端类型和原子相互位置、界面结合强度的计算公式和研究工具、界面的缺陷和物理化学行为、界面力学性能和功能性测试。后者包括和数值模拟相关的一系列制备方法和表征方法，以及力学性能和功能性测试。此外，微观上从原子和电子层面提出了普适性的界面相互作用机理和结合机理，并且总结了目前金属/氧化物界面结合数值模拟和实验的研究进展。本文为今后获得良好性能的金属/氧化物界面以及结合数值模拟和微结构相关实验进行的研究提供了参考。
图1 金属/氧化物界面普遍存在的结构和性能差异
图2 金属/氧化物界面不同终端类型条件下的裂纹萌生和扩展过程
图3 金属/氧化物界面载荷传递和阻碍扩展过程
*感谢论文作者团队对本文的大力支持。
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