摘要：在辐照下，一些MAX相组成从最初的六边形结构转变为中间的γ相，随后又转变为面心立方（fcc）结构，而另一些则变成非晶态。

在极端环境下，许多材料会发生不同的多阶段相变。

在辐照下，一些MAX相组成从最初的六边形结构转变为中间的γ相，随后又转变为面心立方（fcc）结构，而另一些则变成非晶态。

目前，还没有对相关转变机制的全面描述，也没有关于成分对相行为影响的报道。

2025年2月12日，北京大学王晨旭研究员团队在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Multi-stage phase transformation pathways in MAX phases》的研究论文，Shuang Zhao为论文第一作者，王晨旭研究员为论文通讯作者。

王晨旭，北京大学物理学院研究员/助理教授，博士生导师，国家优青，全球青年科学家。2011年在吉林大学获学士学位，2016年在北京大学获博士学位，2016-2020年在美国斯坦福大学从事博士后研究，随后入职北京大学。

王晨旭研究员在北京大学创建了极端环境材料实验室，主要的研究方向包括核能材料的辐照损伤效应；包埋材料的高压稳定性；辐照和高压等极端条件对材料的改性等。

在本文中，作者结合原位离子辐照、透射电子显微镜（TEM）和密度泛函理论（DFT）计算，证明了一系列MAX相中γ-to-fcc转变的不同途径和相应的能量学。

作者发现中间γ相的结构畸变和键共价决定了转化过程的结果。

基于该研究，产生了一个利用MAX相原子半径和电负性来预测相变行为的规则。

本研究结果提供了对MAX相系统和相关复杂材料在极端环境中演变的多阶段相变途径的深入了解。

图1：原位辐照下M2AlC (M = Cr, V, Nb) 多阶段相变路径的不同组成趋势

图2：高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）图像揭示不同相变途径

图3：计算Cr2AlC、V2AlC和Nb2AlC在γ-to-fcc中最小能量路径（MEP）的能垒

图4：广义堆垛层错能（GSFE）趋势与晶格的基础性质和中间γ相的电子结构的相关性

图5：堆垛层错能垒与原子半径和电负性的相关性

综上，作者通过原位离子辐照和TEM分析展示了MAX相不同的相变途径，即V2AlC和Nb2AlC从γ相转变到fcc相，而Cr2AlC则变成非晶态。

作者利用DFT计算，定量描述了从中间γ相到fcc相转变路径的GSFE分布，解释了其组成对辐照下相变行为的影响。

γ-Cr2AlC中较大的晶格畸变和更强的键合共价性导致了更高的相变能垒和GSFE，从而抑制了γ相向fcc相的转变，促进其转变为非晶态。

此外，作者提出根据原子半径和电负性差异来预测MAX相中堆垛层错的形成以及向fcc相转变的规则。

通过阐明控制辐照诱导多相转变行为的中间相原子尺度过程，为MAX相系统和相关复杂材料中组成与相行为之间的关系提供了新的见解。

Zhao, S., Xiao, H., Li, Y. et al. Multi-stage phase transformation pathways in MAX phases. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56921-8.

来源：华算科技