氧化物陶瓷因具有高的硬度及等优点良好的热稳定性，在能源、催化和高温防护等领域应用广泛，但。研究发现，位错在功能氧化物陶瓷中的引入可以有效提升其力学性能，使其在室温下也能发生一定的塑性变形 [1–3] 。在金属中，位错的增殖及运动能有效促进其在室温下的塑性变形；而陶瓷材料中较强的离子键/共价键导致位错在其内部难以形核、增殖以及运动。最新研究表明，通过表面研磨及表面刻划处理可在SrTiO3单晶表面种植高密度位错（~1014 m-2），并能使其在室温下发生超过~20%的塑性变形 [1,3] 。但是，种位错以提高氧化物陶瓷的室温塑性，以及位错在不同尺度下对氧化物陶瓷的变形行为的影响将如何？

　　为了解决以上问题，南方科技大学逯文君研究员及其博士生张家雯，联合清华大学崔一南研究员团队，德国马克斯-普朗克研究所，以及卡尔斯鲁厄理工学院方旭飞研究员团队，以岩盐结构的(001)面的MgO单晶为研究目标，使用毫米级的布氏球头循环刻划实现MgO陶瓷表面位错的调控，位错密度从~1012m-2分别提高至~1014m-2至~1015m-2，如图1所示。随着位错密度的提高，MgO单晶内部的位错结构由45°位错线（螺位错）发展为高度缠结的位错胞结构（图1e）。

　　室温微柱压缩研究了位错对不同尺度的MgO单晶的室温压缩力学行为的影响，结果如图2、图4和图5所示。结果表明，未经刻划处理的直径为~1 μm的参考样品（~1012 m-2）变形~10%后发生断裂；随着位错密度达到~1014 m-2及~1015 m-2时其最高的压缩断裂塑性为~40%（图1），断后的TEM分析表面位错的塞积是导致其裂纹产生的主要原因（图3）。SEM下的原位压塑说明，直径为~5 μm的位错密度为~1012 m-2的试样变形~10%后同样产生大量裂纹，而位错密度提高到~1015m-2的试样变形~20%才产生裂纹（图3）。TEM原位压缩实验更为直观地说明室温种植的位错在变形过程中的运动有效促进MgO单晶的塑性变形（图5）。

　　进一步的3D-DDD模拟所得的应力-应变曲线（a、e））与本文实验所观察到的结果一致，低位错密度（ρ0 = 5 × 1012 m-2）时，应力-应变曲线出现了明显的应力下降的行为，这与本文实验中未经刻划处理的MgO单晶的变形行为相符（图2（a-d））。对于低位错密度的微柱样品，塑性变形主要由有限的位错源主导；随着应力的增加，通常只有一个位错源被激活，被激活的位错源迅速滑过整个滑移面，导致显著的应力下降。对于高初始位错密度的样品，一旦位错源被激活，被激活的位错源很快就会受到其他位错的阻碍，难以迅速地滑过整个滑移面，这导致了较小的应力下降幅度（图6（e））。此外，初始位错密度为~1012 m-2的宏观试样在变形~4%后开始产生裂纹，同时屈服强度下降为~120 MPa。该研究为了解位错介导的功能陶瓷多尺度力学提供了新的视角。

　　图1不同划痕次数处理后的（001）MgO单晶内部位错结构TEM表征结果（a）参考样品内部含离散的位错线次刻划后样品内部位错呈梯度分布；（d）1次刻划后样品内部含大量位错直线次刻划后样品内部含大量位错胞；（f）位错密度随刻划次数的变化趋势。

　　图4不同位错密度及不同尺寸的MgO单晶微柱压缩实验结果对比（a）ρ ~ 1012 m-2及（b）ρ ~ 1015 m-2的不同尺寸的MgO单晶的微柱压缩应力-应变曲线 μm直径的MgO微柱变形前后表面形貌；（f-h）ρ ~ 1015 m-2的5 μm直径的MgO微柱变形前后的表面形貌

　　图5直径为~ 400 nm和~ 500 nm的MgO纳米柱TEM原位压缩结果（ρ ~1015 m-2）（a）变形前直径为~ 400 nm的MgO纳米柱内部位错分布；（a1-5）直径~ 400 nm的纳米柱从0%变形到~25%的ADF-STEM图；（b）~ 400 nm纳米柱的压缩应力-应变曲线；（c）变形前直径为~ 500 nm的MgO纳米柱内部的位错分布；（c1-5）直径~500 nm纳米柱从0%增加到~21%应变的ADF-STEM图；（d）直径~ 500 nm纳米柱的压缩应力-应变曲线D-DDD模拟的低初始位错密度和高初始位错密度下的应力-应变曲线和相应的位错分布图（箭头表示激活的位错源）

　　不同初始位错密度的单晶MgO微柱的应力-应变曲线及对应的位错分布截图：（a）ρ0 = 5 × 1012m-2和（e）ρ0 = 5 × 1014m-2；（b-d）和（f）中的位错结构与应力-应变曲线上的标记相对应，不同颜色的位错代表其具有不同的柏氏矢量

　　图7（001）MgO单晶在应变率为1.5 × 10-4 s-1时的室温宏观压缩结果（a）压缩应力应变曲线图；（b-g）不同应变下宏观试样形貌变化；（h-k）样品变形~2%后在不同面的滑移带形貌光镜图

　　逯文君与方旭飞课题组长期招聘联合培养博士后，有意者请将个人简历 (PDF) 等相关材料发送至邮件标题请注明“姓名+毕业学校+应聘职位”。

　　逯文君研究员于2020年10月加入南方科技大学独立建组，任博士生导师。主要研究领域为金属材料的结构亚稳化、高强轻质化及多维表征技术的研究，在亚稳多主元合金的强韧化设计、新型高强轻质钢的开发、功能陶瓷增塑技术、以及多维电镜表征方法四方面取得了一系列创新性的研究成果。近年来，在Nature Materials, Advanced Materials, Materials Today, Nature Communications, Science Advances, Advanced Functional Materials, Physical Review Letters, Acta Materialia等期刊上发表论文150余篇。先后获得国家级青年人才、MRL年度突出贡献奖（2025）、深圳市海外高层次人才、以及新材料国际发展趋势高层论坛优秀青年科学家奖（2021）。担任《Materials Research Letters》、《Advanced Powder Materials》、《中国有色金属学报》与《粉末冶金材料科学与工程》期刊青年编委；连续五年（2021 -2025）入选全球前2%顶尖科学家名单。方旭飞研究员及团队介绍：