沿晶体轴线扩散现象

美国能源部田纳西州橡树岭国家实验室的研究人员，第一次直接在大块材料的内部观察到原子的扩散现象。这项研究可被用来对新材料的有效期和特性等，进行史无前例的洞察研究，相关成果发布在最新的《物理评论快报》杂志上。 　　&ldquo 这是首次直接观察到单个掺杂剂原子在材料内部四处游移。&rdquo 范德比特大学的罗宾· 米什拉说，他目前在橡树岭国家研究室材料科技分部做访问学者。传统意义上，通过非肉眼观测或理论计算等方式，可以对原子扩散现象进行研究，而单原子扩散显现在材料的表面也被直接观察到过。但直接观察到内部原子的运动尚属首次。 　　据物理学家组织网10月14日(北京时间)报道，&ldquo 扩散现象掌控着掺杂剂如何进入到材料中，以及掺杂剂如何运动。&rdquo 论文另一作者安德鲁· 鲁皮尼说，&ldquo 选择何种掺杂剂来保证器件持续更长寿命?我们这项研究能帮助做出战略性的决定。&rdquo 新研究可以直接应用在基础材料的设计上。 　　还有一发现让研究人员吃惊，通过扫描透射电子显微镜观察作为掺杂剂的铈原子和锰原子的扩散过程捕获的图像显示，大一些的铈原子稳定地扩散到材料中，而更小的锰原子仍然胶着在原地。

空位和间隙是晶体材料中的两种本征点缺陷。然而，这两种缺陷的动力学行为却有极大差异。在常规的纯金属中（如铜，镍），间隙的扩散速率往往比空位高出若干个数量级。这样巨大的动力学行为的差异对材料的宏观性能带来显著影响，例如材料的耐辐照损伤性能。在辐照环境下，金属内部同时产生大量间隙和空位，而间隙与空位的巨大的扩散速率差异往往导致点缺陷湮灭效率不高，大量的缓慢扩散的空位存留下来从而产生如层错四面体、位错环以至空洞等结构缺陷。因而，降低间隙与空位的扩散速率差异能够帮助改善材料的耐辐照性能，但是目前还缺少大幅度缩减这两者扩散率差的有效调控方法与手段。针对以上问题，西安交大材料学院的丁俊教授与马恩教授团队，利用第一性原理分子动力学模拟对等原子比NiCoCrFe（Pd）合金中点缺陷扩散行为进行研究，提出了一种可以大幅缩减两种点缺陷之间扩散速率差异的合金设计策略。研究表明，将更大的Pd原子加入到NiCoCrFe合金中，形成等原子比的NiCoCrFePd合金，两种点缺陷（空隙和空位）的扩散运动的数值上变得非常相似（图1）。统计NiCoCrFe和NiCoCrFePd合金在不同温度下的扩散速率，并且得到相应的扩散激活能（图2a中拟合直线的斜率），发现Pd的加入使间隙与空位扩散的激活能变得非常接近，这是在单相合金中第一次实现相似的间隙与空位扩散速率（如图2b, c所示）。对合金中空位迁移过程中的局部晶格畸变和键长变化进行分析表明，点缺陷迁移率（特别是它们的差异）变化的起源是大原子Pd阻塞了间隙扩散通道，而同时又通过减少初态和鞍态之间的键长变化降低了空位扩散的能量成本。图1. 1500K下NiCoCrFe合金与NiCoCrFePd合金的间隙和空位的扩散位移及轨迹图2. 不同温度下NiCoCrFe合金与NiCoCrFePd合金的间隙和空位的扩散系数及激活能的对比通过调控高熵合金中组成元素的尺寸差异，本工作首次在单相金属结构材料中实现了近乎相等的空位和间隙两种点缺陷扩散速率。这一长期以来难题的解决，是合金设计调控点缺陷扩散研究方面的重要突破。此结果为抑制空洞生成、材料肿胀提供了新的策略，为设计先进核用的耐辐照合金提供了新的思路。此外，本研究工作关注的合金组成元素的设计，未来可以与高熵合金中局域化学有序结构的调控相结合，来进一步提升材料的抗辐照性能（研究团队的近期论文Z. Zhang et al.，PNAS, 120 (2023) e2218673120详细地阐述了局域化学有序对高熵合金的辐照损伤和缺陷演化行为的影响及其机理）。这一系列工作对设计高性能核用结构合金材料具有重要的指导意义。日前，上述研究成果以“缩小多主元合金中空位和间隙之间的扩散速率差（Minimizing the diffusivity difference between vacancies and interstitials in multi-principal element alloys）”为题发表于《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）。西安交大金属材料强度国家重点实验室为论文通讯单位。西安交大材料学院博士研究生张博召与助理教授张真为论文共同第一作者，材料学院丁俊教授和马恩教授为论文共同通讯作者。该工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金和国家级青年人才项目支持计划的共同资助，以及西安交大高算平台计算资源的支持。论文链接地址：https://www.pnas.org/do i /10.1073/pnas.2314248121

售后服务一直是仪器行业最受客户关注的问题之一，近些年，随着中国客户数量呈几何级数量的增长，仪器供应商所面临的服务问题也是前所未有的。周贤飚，沃特世(Waters® )中国售后服务高级经理，从1998年加入沃特世公司就一直在从事售后服务工作，并先后在瓦里安及安捷伦担任维修经理之职。在周贤飚看来，&ldquo 售后服务的角色就如同足球比赛的守门员，进球了，欢呼声不属于&lsquo 他&rsquo ，而一旦丢球失分就会被记录在案，这就是售后服务工作的特点及压力所在。&rdquo 　　如何当好这个&ldquo 守门员&rdquo ?作为业内最具创新活力公司的中国区售后服务负责人，周贤飚有着自己的理解与困惑。 沃特世中国售后服务高级经理周贤飚 　　售后服务变化&ldquo 翻天覆地&rdquo 　　18年前，周贤飚入行从事售后服务工作时，客户数量少，一个工程师就可以管3、4个省份的售后工作，可以熟知每位客户的需求，当时中国客户对于服务收费还很抵触。&ldquo 而如今情况已经发生了翻天覆地的变化，服务收费已经非常地普遍&rdquo ，周贤飚说，&ldquo 今天售后服务所面临的一个最大挑战是，随着产品量呈爆发性增长，客户的需求变得非常的多样化，进而客户个性化需求也在不断增多。同时产品更新换代大大加速，这对售后服务提出了更高的要求。&rdquo 　　&ldquo 在上个世纪90年代，一个好的工程师就是一个公司的口碑 到了本世纪初，一个好的售后服务系统就是一个公司的口碑 到了今天，对于截然不同的客户需求，人和系统都不能单独胜任此项工作，需要将人和系统有机结合起来，强调系统的同时，还要发挥工程师的主动性，如果能够很好地将两者融合，则我们售后服务又可以上一个台阶。&rdquo 　　&ldquo 此外，近年来，另一个显著变化的趋势是售后服务不仅仅局限于硬件维修服务，客户应用需求服务越来越多，对于数据准确性、可靠性要求也越来越高。&rdquo 周贤飚补充道。因而，服务产品创新也是日新月异，从最为传统的硬件维修服务发展到预防性维修服务，到应用需求服务，再发展到顾问式服务、生命周期服务。周贤飚告诉笔者，&ldquo 以前售后服务99%都是硬件维修，而如今预防性维修服务、服务合约等已经占到了逾20-30%的比例。&rdquo 　　顾问式服务登陆中国 　　以沃特世为例，沃特世全球服务拥有业内最全的服务产品线，强调全生命周期资产管理服务体系。在此体系中，涵盖资产计划咨询服务、资产采购咨询服务、资产利用率咨询服务、资产维护服务、资产调配及重新部署及资产报废和捐赠6个环节。据周贤飚介绍，目前在中国，资产维修服务是做的最多的，资产计划咨询服务、资产调配及重新部署等服务也在逐渐增多，资产采购咨询服务、资产报废和捐献因为中国国情开展较少。今年沃特世在中国市场将正式推广资产利用率咨询服务。 沃特世全生命周期资产管理服务体系 　　资产利用率咨询服务属于个性化顾问式服务，主要针对对通量有要求，重视投资回报率的客户，如制药企业、CRO企业及第三方测试企业等。该服务一个独特之处在于，其依托沃特世Empower软件所记录的工作流(workflow)数据，可以对工作流每个环节进行分析，提出建议，以最大化地提高仪器的利用率。此外，目前各大厂商的预防性维修服务，都是阶段性一次更换所有的备件和耗材。&ldquo 这是否是过度维修?&rdquo 周贤飚说，&ldquo 通过顾问式服务，我们可以通过数据源来判断备件和耗材更换的时间，则更加科学。&rdquo 　　该项服务在欧美国家，特别是制药行业已比较多被采纳，但在中国还处于起步阶段，2012年沃特世将其引入中国。周贤飚表示，&ldquo 该项服务推广的困难之处在于：其一，客户顾虑数据安全性 其二，需要大量IT技术人员。目前，前期准备工作已完成。今年，就将选择1-2家沃特世服务产品的重要客户作为合作伙伴开始试用该项服务。&rdquo 　　客户成功是最终目的 　　沃特世一直强调&ldquo customer success(客户成功)&rdquo ，对于售后服务而言，就是要让客户购置的仪器能真正地发挥其应有的价值。周贤飚说，&ldquo 目前，沃特世中国新客户数量占比达到50-60%，传统的安装服务已然不能满足客户需求。为此，沃特世独创推出了从订单生效开始至保修结束的全方位服务。&rdquo 　　具体而言，这一全方位服务的流程大致是，从订单生效开始，售后服务人员会第一时间向客户了解购置仪器所要测试的样品及操作人员背景 之后则是指导客户实验室环境条件准备 随后，安排上门安装仪器，并根据前期了解情况做针对性安装培训，以及安排客户参加沃特世相应的应用领域培训 装机后3个月，沃特世会安排2-3天的现场支持维护 装机后11-12个月，安排上门清洁维护服务。 　　除此之外，为了达成客户成功这一愿景，沃特世在售后服务方面还采取多项举措。周贤飚说，&ldquo 大量采取实时远程监控及诊断技术，最大程度减少停机时间 分级响应管理体系，确保在承诺时间内完成客户需求 在全国主要城市设零配件仓库，维修工程师配备service bag(装备常用零配件)，确保客户所需零配件及时送达 维修工程师必须取得相关产品的培训证书方可上岗，确保工程师服务水平等。&rdquo 　　&ldquo 当然，作为&lsquo 守门员&rsquo ，我们也不可能百分之百将所有的球挡在门外，我们能做的是尽量少进球，但一定会进球。如今，沃特世已建立了很好的质量控制流程和响应体系，并通过聘请第三方调查公司做客户满意度调查，及时作出改进。&rdquo 　　展望未来，周贤飚表示，&ldquo 售后服务的关键在于好的报修系统、完备的人员，以及零配件物流体系和完善的服务产品。而沃特世持续在这些方面投入和创新，我们将探讨如何建立更科学的电话报修系统，将800服务提升到更专业的水平 继续扩充售后服务人员队伍，再则在仓储、物流方面引入更完善的管理体系。如果我们能更加合理判断客户需求，同时客户也能更加理性地判断自己的需求，那服务对于双方都将是完美的。这也是我们期望最终能达到的状况。&rdquo 　　采访编辑：杨娟 　　附录：周贤飚个人简历 　　周贤飚于1992年毕业于复旦大学药学院，获得药理学学士学位。毕业后，供职于上海交通大学附属仁济医院，多年从事临床药师和药物代谢研究工作。 　　于1998年加入沃特世公司后，先后担任应用工程师/维修工程师/维修主管/地区维修经理/全国维修经理的职务。期间，为了追求职业生涯的不断进步和扩展自己的视野，还先后在瓦里安科技中国有限公司担任大中华区维修经理，安捷伦科技中国有限公司生命科学及化学分析部维修经理(新兴产品线)。熟悉相关的分析仪器，如原子光谱、分子光谱、核磁共振仪、色谱仪和质谱仪等产品。 　　周贤飚先生从事相关行业二十余年，对于分析仪器行业，尤其对分析仪器行业的全球售后服务体系、当地服务体系、售后服务生意业务、中国的各类客户及各类客户需求，具有丰富的知识和经验。