高压马氏体相变
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马氏体相变是一种常见的无扩散位移型结构相变，最初发现于钢的淬火中。1895年法国学者Osmond将钢淬火后的组织命名为马氏体（martensite），之后在许多不同的材料体系中也发现了具有共同特征的相变。研究马氏体相变的机理，是理解相变过程和调控相变行为的重要环节。
在最新出版的《美国科学院院报》上，来自北京高压科学研究中心的岳彬彬研究员领导的研究团队及其合作者报道了高压条件下马氏体相变过程中的变体选择效应。这一成果将有助于加深我们对压力或应力诱导马氏体相变行为的认识。该研究突破了传统的技术壁垒，发展了一种新的技术手段，为马氏体相变研究注入了新鲜的原动力。
马氏体相变常伴随力、磁、电学等性能的转变，同时也是形状记忆效应以及超弹性效应的物理基础。诱导马氏体相变的外因通常是温度，相变过程中母相和马氏体之间会遵循一定的取向对应关系。相变产物的织构，也就是晶体的择优取向排列，就是由这种取向对应关系决定的。马氏体和母体之间的取向关系是指马氏体与母相各有一个晶面和一个晶向彼此平行。
比如，常见的温度诱导钛合金中密排六方结构（α相）到体心立方结构（β相）的马氏体转变，遵循着著名的Burgers取向关系，也就是α相的(0001)晶面平行于β相的{011}面，同时α相的<11-20> 晶向平行于β相的<111>晶向。这种关系决定了一个β晶粒中可能会出现12个α相变体。理想情况下，这12种变体存在的几率是平等的，但是，实际情况中总会出现一个β晶粒中只有少数一些α相变体存在的现象，这也就是变体选择效应。由于这种效应的存在会影响相变产物的织构，从而影响材料的物理性能，因此，变体选择效应一直是马氏体相变相关研究的一个重要对象，主要研究手段是EBSD电子背散射衍射以及TEM透射电镜。
应力或者压力是另外一种诱导马氏体相变的常见方式。比如地球深部矿物钙钛矿-后钙钛矿的转变，铁及铁合金在高压下从体心立方结构到密排六方结构的转变，石墨和金刚石之间的相变等。压力诱导的马氏体相变一般需要较高的压力，有时需要几十万乃至上百万个大气压。然而传统的EBSD 或TEM无法检测如此极端条件下的马氏体相变，因此极大地限制了人们对压力诱导的马氏体相变的研究，关于其变体选择效应的研究更是鲜有报道。
图解：上图和下图分别为Mn2O3低压立方相和高压正交相的晶体结构示意图，反极图和极图。晶体结构图显示其马氏体相变本质，反极图织构位置表明相变取向关系，极图说明了变体选择效应。
北京高压科学研究中心的岳彬彬研究员及其合作者首次借助同步辐射原位X射线径向衍射技术与金刚石压砧相结合来研究极端压力下的马氏体相变。岳彬彬研究员说，“我们选择的研究对象为三氧化二锰，这是一种成分非常简单的物质，它在常温高压下会发生立方至正交向的马氏体相变，其高压结构可类比于下地幔的后钙钛矿结构，对于地球内部地震波各向异性的研究具有参考价值”。“该相变有一个典型的特征，就是其结构由高对称性结构转变到低对称性结构，非常适合于变体选择效应的研究”，共同第一作者洪芳博士（现为中国科学院物理研究所副研究员）补充到。通过径向衍射，他们分别得到了低压相和高压相的织构（取向）。低压的立方相呈现为011织构，而高压正交相为100织构，这表示其取向关系为立方的{011}面平行于正交的(100)面。
“另外我们发现正交相的织构强度要远高于立方相，表明存在变体选择，”岳彬彬研究员说到。“通过极图，可以清楚的看到这种选择效应：在六个立方{011}面中，只有极图中心的也就是垂直于压缩方向的{011}面转化成了正交相的(100)面”。
在原位实验的同时，他们也利用理论模拟来验证这种变体选择效应，进一步确认了变体选择效应的存在以及变体选择效应的方式。“我们首次在高压条件下，清晰地原位观察到应力诱导马氏体相变中的变体选择效应，并结合理论模拟验证和解释了变体选择效应，”该工作的通讯作者陈斌研究员说到。
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