钨因其高温强度、高熔点以及良好的热导率，被认为是最有前途的等离子体面向材料和国际热核聚变实验堆（ITER）中的偏滤器材料。在辐照过程中，高能碰撞级联会产生大量的点缺陷以及由其聚集形成的团簇（如空洞、位错环等）。这些缺陷团簇的积累会导致核材料的硬化、脆化和肿胀，进而恶化其力学性能，威胁到反应堆部件的结构完整性和使用寿命。因此，深入理解这些缺陷团簇的动态特性对于开发具有更好辐照抗性的钨材料至关重要。实验观察表明，钨中的自间隙原子（SIA）团簇通常以特定的位错环形式存在，而空位团簇则更加稳定。在通过严重塑性变形方法制备的钨中，非平衡晶界大量存在，其具有相对无序的原子结构和过量的位错与晶界不全位错等。晶界不全位错是一种与晶体点阵旋转不相容的线缺陷，其强度由Frank矢量表示，反映了由于不全位错线导致的晶格相对旋转角度。研究表明，与传统平衡晶界相比，非平衡晶界具有更高的晶界能、更大的自由体积以及伴随的长程应力梯度场。尽管已有研究关注辐射诱导缺陷与非平衡晶界之间的相互作用，但非平衡晶界对辐射诱导缺陷行为的影响仍未完全明确，需要进一步的研究。
在这项研究中，研究人员采用分子动力学模拟的方法，深入研究了钨中非平衡晶界对辐射诱导的自间隙原子（SIA）和空位团簇的行为影响。他们构建了两种带有晶界不全位错的非平衡晶界模型，分别研究了负晶界不全位错和正晶界不全位错对缺陷团簇的作用。研究结果表明，晶界不全位错对缺陷团簇具有显著的吸引效应，促使这些缺陷向晶界移动。在移动过程中，缺陷团簇有时会被困在晶界附近的某些位置，并且会在这些位置附近摆动，偶尔会在热激活或旋转的帮助下逃离这些陷阱，继续向晶界移动。研究人员进一步从应力和能量的角度对模拟结果进行了系统讨论。他们发现，晶界不全位错的应力场对缺陷团簇的吸收效率和旋转行为有着重要影响。此外，通过能量分析，研究人员揭示了缺陷团簇在晶界附近的迁移规律，为理解晶界对辐射诱导缺陷行为的影响提供了新的见解。
本研究通过分子动力学模拟深入探究了钨中带有晶界不全位错的非平衡晶界对辐射诱导缺陷团簇的行为影响，取得了重要成果。研究发现，非平衡晶界处存在拉伸应力场和压缩应力场，分别对自间隙原子（SIA）团簇和空位团簇具有强烈的吸引作用。晶界与缺陷团簇之间的相互作用能分布呈现各向异性，且不同位置的团簇具有特定的取向偏好。这导致当团簇的迁移路径偏离晶界核心时，其能量并非单调变化，从而使一些缺陷团簇通常被困在晶界外的一定范围内。只有在热激活的作用下，团簇才可能偶尔逃离陷阱并被晶界吸收，或者通过旋转改变迁移路径，从而继续向晶界迁移。由于缺陷团簇的旋转能垒随其尺寸增大而增加，较大团簇的旋转行为较为罕见。这些发现为理解钨材料中晶界对辐照诱导缺陷行为的影响提供了新的视角，也为开发具有更好辐照抗性的钨材料提供了理论支持。
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