Cracked Li?La?Zr?O?2材料中非对称相变的计算模拟：变体选择及其化学力学意义

《Scripta Materialia》：Computational Simulation of Asymmetric Phase Transformation in Cracked Li?La?Zr?O??: Variant Selection and Chemo-Mechanical Implications

　　

龙胜峰|王波|袁素月|金光南|布兰登·C·伍德|万丽文|许泰旭

摘要

在离子导电陶瓷中，微裂纹与相变之间的耦合会共同影响材料的力学性能和离子传输特性。本研究探讨了在静水压力作用下，Li?La?Zr?O?2材料中从立方相到四方相的相变过程，并利用相场理论和分子动力学模拟分析了这一过程对裂纹尖端应力集中以及锂离子传输的影响。研究发现，该相变在静水拉伸和压缩作用下的表现存在显著差异：在拉伸条件下，裂纹尖端会形成一种四方相变体，从而加剧裂纹尖端的应力强度并促进裂纹扩展；而在压缩条件下，则会形成另一种四方相变体，增强应力引起的裂纹闭合趋势。有效的锂离子扩散性分析表明，压缩作用会导致锂离子传输性能下降，这是因为相变动力学过程加速所致。这些结果揭示了离子导电氧化物中裂纹、相变与离子传输之间的紧密关联，并为固体电解质的化学机械降解机制提供了理论依据。