美国密西根大学Ashley Bucsek研究团队通过暗场X射线显微镜（DFXM）和晶体塑性有限元分析（CPFEA），在多晶镁铝合金中首次实现了嵌入晶粒内部变形孪晶的三维原位表征，揭示了在机械应力作用下，孪晶以不规则椭球形形核（起始于三叉晶界）并生长，其序列性和不规则性受局部应力影响；同时，研究发现孪晶-晶粒交界处、孪晶-孪晶交界处和孪晶边界是局部位错累积的热点区域，这些位错累积与裂纹萌生直接相关，为优化镁铝合金的轻量化设计（如抑制裂纹、提升塑性）提供了微观机制基础。研究成果以Three-dimensional nucleation and growth of deformation twins in magnesium为题发表于Science。
核心创新点可归纳为以下三个方面：
原位三维表征技术：首次应用暗场X射线显微镜（DFXM）结合晶体塑性有限元分析（CPFEA），在介观尺度下实现了块体多晶镁铝合金中嵌入晶粒内部变形孪晶的三维原位观测，突破了传统表面或薄膜测量的局限。
孪晶形核与生长机制：揭示了孪晶形核依赖于三叉晶界（triple junctions），并发现孪晶生长呈不规则椭球形，具有序列性（如优先生长方向）和不规则性，这为理解孪晶动态演化提供了新见解。
位错累积与裂纹关联：明确了孪晶-晶粒交界处、孪晶-孪晶交界处和孪晶边界是局部位错（特别是几何必要位错，GND）累积的关键位点，这些累积先于裂纹萌生，建立了孪晶行为与材料失效的微观联系。
图1：原位暗场X射线显微镜、3D孪晶形貌和三叉晶界
图2：三叉晶界附近的应力集中。
图3：3D孪晶生长。
图4. 晶粒附近LocMis和GNDs密度演变外观。
图5： 晶粒内部LocMis和GNDs密度演变。
