近日，我校材料学院高性能金属材料团队联合清华大学、北京科技大学、英国莱彻斯特大学研究团队，在异质形核基础研究领域取得突破性进展，相关研究成果以“Interfacial atomic vibration: A key dynamic characteristic for heterogeneous nucleation substrates”为题，在金属材料领域权威顶级期刊《Acta Materialia》发表。

该研究以铝合金中异质形核为案例，针对几何相容性理论在高温界面原子外延生长场景下的局限性，聚焦界面动力学特性开展系统研究，首次阐明界面动力学性质在异质形核过程中的作用机制，为该领域的理论完善与应用拓展提供了关键支撑。

由于传统晶格匹配理论依托静态几何相容性构建，忽略了高温熔体中界面原子的动态行为，致使高效形核基底的预测精度存在局限性。针对这一难题，研究团队创新性采用机器学习原子力场辅助的从头算分子动力学方法（MLFF-AIMD），突破了传统计算方法在时空尺度上的固有限制，实现了高温固/液界面原子动力学行为的系统性表征。研究首次揭示异质形核的“动－静”协同机制：高温形核初期，界面原子动态稳定性是预形核层（PNL）形成的主导因素，并确立了原子振幅作为动力学性质的关键参数；随着温度降低，静态晶格错配度则逐步主导界面原子后续外延排列过程。

基于该创新理论，团队成功制备出一种具有核壳结构的 (Ta, Ti)B2/Al3Ta异质基底。该基底在Al-Si合金中展现出优异的抗Si毒化能力和晶粒细化效果。该成果深化了对异质形核物理本质的理解，不仅为设计铝合金高效形核基底提供了关键理论依据，也为其他界面体系提供了重要理论参考。

该研究得到国家自然科学基金、河北省自然科学基金项目支持。

【论文链接】https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.121948