近日，校区材料科学与工程学院张鹏教授团队在揭示钾泡对钨晶界的异常钉扎效应方面取得重要研究进展，相关成果以《原子尺度洞察钾泡对钨晶界的异常钉扎效应》（Atomic-scale insights into the exceptional pinning effect of the K bubbles on W grain boundary）为题发表在材料科学领域顶级期刊《材料学报》（Acta Materialia）上。该成果为面向核聚变堆的高稳定钨材料的设计提供了新思路。

钨（W）具有高熔点、高溅射阈值、高热导、低氚滞留等优点，被视为核聚变堆面向等离子体材料的理想候选。然而钨的实际应用受限于较低的再结晶温度和高温下的显著晶粒长大，为提升其性能，常引入钾元素以形成稳定钾泡来钉扎晶界，从而抑制晶粒长大。掺钾钨材料虽已在实验中表现出卓越的热稳定性，但其微观机制不明，制约了材料的设计与性能优化。

针对该难题，团队创新性地采用机器学习方法开发了高精度的钨钾体系神经演化势（WK‑NEP），结合实验精准再现了钾泡与晶界相互作用的动态过程，从原子层面阐明了钾泡在钨晶界迁移中的异常钉扎机制。研究发现，钾泡在晶界作用下表现出独特的软物质变形行为，其纵横比发生显著变化，这种变形模式增加了钾泡与晶界的有效接触界面，从而极大地增强了钉扎强度。基于此现象，研究团队提出“变形增强钉扎”机制，从本质上解释了为何即便在微量掺杂（＜100 ppm）条件下，钾仍能大幅抑制钨的高温晶粒生长，实现钨材料热稳定性的跃升。该工作不仅为研究钨钾体系的微观力学行为提供了原子尺度视角，也为利用可控钾泡/界面工程设计新一代高性能核聚变材料提供了理论基础。

高精度钨钾体系神经演化势训练流程

掺杂钨中钾泡的典型形貌及其与晶界的几何关系

哈工大威海校区为论文唯一通讯单位，校区材料科学与工程学院硕士研究生陈铭、博士研究生张林福为论文共同第一作者，张鹏教授、朱强副教授为论文通讯作者。该研究获国家自然科学基金等项目资助。（张林福）

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121845