晶界类型和局部边界曲率通常被认为是控制晶粒生长过程中晶界迁移的重要微观结构因素。但目前大多数关于异常晶粒生长的研究都集中在块状材料或薄膜材料。在块状材料中，由于实验观察通常仅限于二维，意味着三维晶粒形态的预测是推测性的，直到最近，部分文献才对晶粒生长进行了三维研究，结果揭示了更复杂的生长机制。与块体材料相比，薄膜材料更容易通过传统技术进行实验研究，而且由于沿厚度方向只有少数晶粒，因此模拟更为简单，计算要求更低，可以利用模拟技术更有效的了解其生长机理。但目前多数薄膜材料是通过电沉积制备的，与通过传统机械方法制造的金属箔材具有不同的厚度和性能，金属箔材的晶粒长大机理需要进一步研究。

Monte Carlo-Potts模型常被用于模拟二维和三维晶粒的生长，可以详细分析晶粒尺寸分布、晶粒拓扑、曲率和单个晶粒动力学，以及这些特征之间的相互关系，从而讨论不同模拟参数对晶粒生长动力学的影响。尤其Potts模型能够通过更好地控制模拟动力学（例如更多的时间步长）和热力学参数（晶界能量和迁移率）来弥补实验的不足，在实验和分析理论之间具有良好的中介作用，是研究各种参数对异常晶粒生长影响的良好工具，但目前人们对这些参数的影响理解仍然不足。

针对这些问题，黄晓旭教授课题组在期刊《Acta Materialia》上发表题为“Competition between microstructural factors affecting growth of abnormally large grains in thin Cu foils”的研究成果。博士研究生郭晶为第一作者，黄晓旭教授与丹麦科技大学Dorte Juul Jensen教授为共同通讯作者。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120339

这项工作通过对冷轧铜箔在接近熔点的1040℃下退火中的异常生长过程进行准原位观察，并结合Monte Carlo-Potts模拟，研究了异常晶粒长大过程中不同微观结构因素的影响。实验结果表明，多晶区域基体晶粒的空间不均匀分布对异常晶粒的生长有关键影响：异常晶粒的晶界段更易向小晶粒分布较多的区域迁移，而与较大再结晶晶粒相邻晶界段基本保持静止。值得注意的是，在本研究中具有高迁移率的40°/<111>（Σ7）晶界并不总是导致晶界快速迁移。Σ7晶界的迁移率优势与由于前方基体中晶粒尺寸较小而产生的较大能量密度提供的驱动力优势相比是次要的。Potts模拟进一步证明了晶粒尺寸对晶界迁移有重要影响，也表明这并非唯一的因素，还必须考虑晶粒形态，细晶结构更有利于晶界的快速迁移。

图1 晶粒尺寸分布与晶粒形状对异常晶粒长大的影响