Metalli e leghe nanogranati, la cui granulometria è inferiore a 100 nm, presentano una resistenza estremamente elevata e un'elevata duttilità, in possesso di ottime proprietà meccaniche. Materiali nanogranati, però, hanno un gran numero di bordi di grano e quindi un'elevata energia totale di bordo del grano. A una temperatura superiore a una temperatura critica, i grani nei materiali a nanograna cresceranno spontaneamente per ridurre l'energia del bordo del grano, portando all'instabilità termica dei materiali. Un approccio comune per migliorare la stabilità termica è tramite la segregazione energetica del bordo grano, che abbassa termodinamicamente l'energia del bordo del grano e fissa cineticamente il movimento dei bordi del grano, aumentando così la temperatura critica di ricristallizzazione. Però, il ruolo delle sollecitazioni meccaniche nella stabilità termica non è stato ancora studiato sistematicamente.

Un articolo pubblicato di recente dal titolo "Segregazione e rilassamento dei bordi di grano in leghe policristalline a grana nano, " in SCIENZA CINA Fisica, Meccanica e Astronomia , studia sistematicamente la stabilità termica delle leghe a nanograna, mediante indagine analitica di tre comportamenti accoppiati tra bordi di grano e grani cristallini tra concentrazioni chimiche e sollecitazioni meccaniche. I tre comportamenti accoppiati sono 1) l'accoppiamento tra stress bordo grano e stress grano, 2) segregazione ai bordi del grano, e 3) l'accoppiamento tra concentrazione e stress. Finalmente, viene sviluppato un nuovo criterio termodinamico per la stabilità termica delle leghe a nanograna, il che mostra che gli stress svolgono un ruolo estremamente importante lì. Gli autori del documento sono Zhang Tong-Yi, Gao Yingxin e Sun Sheng del Materials Genome Institute, Università di Shanghai.

L'energia termodinamica si divide in energia meccanica ed energia chimica ed entrambe sono accoppiate tra loro. L'analisi dell'energia meccanica considera l'auto-sollecitazione al bordo grano e l'autodeformazione indotta dalla segregazione al bordo grano e sviluppa un metodo ibrido per risolvere il problema dell'accoppiamento auto-sollecitazione e auto-deformazione. L'analisi termodinamica chimica considera la differenza nei potenziali chimici degli elementi puri nei bordi dei grani e nei grani, e quindi propone un'isoterma di adsorbimento McLean generalizzata, che include naturalmente il termine di stress. Sulla base dei tre effetti di accoppiamento coerenti, viene sviluppato un nuovo criterio per la stabilità termica delle leghe a nanograna, e quantitativamente e analiticamente espresso dalla differenza di energia libera molare tra una lega policristallina a nanograna e la sua controparte monocristallina. Una differenza positiva o negativa nell'energia libera molare indica che la lega a nanograna è termicamente instabile o stabile.

Le leghe binarie Ni1-xMox sono prese come esempio per illustrare, con figure, i risultati teorici ei ruoli di ciascun parametro coinvolto nel criterio analitico. Il presente studio mostra che le sollecitazioni svolgono un ruolo fondamentale nella stabilità termica delle leghe a nanograna. Qualsiasi criterio senza considerare le sollecitazioni interne stimerebbe parzialmente la stabilità termica delle leghe a nanograna.