晶界的氧化问题一直是困扰着研究人员的一大难题。早在上个世纪末，科学家们就已经提出晶界工程（Grain boundary Engineering）这个概念，希望通过优化和调控材料内部晶粒的大小和晶粒的取向，以及改变材料化学成分配比的方式来提高材料的性能，如材料的抗氧化、抗腐蚀能力。在过去的十多年里，科研人员通过这种思路，有效地提升了金属材料的抗氧化、抗腐蚀的能力，使得晶界工程在金属材料领域有了长足的发展。然而在与金属材料相对应的陶瓷材料领域，这种调控机制则一直未得到广泛的应用，究其原因可能有以下几点：1.陶瓷材料所具有的复杂的化学键形式，导致其在氧化、腐蚀过程中具有更为复杂的反应机理；2.材料晶界微观结构以及化学配比的复杂性，导致很难得出一种通用的调控手段。

近年来，针对陶瓷材料在高温高压等极端环境下服役的迫切需求，研究人员在不断地尝试着去研究陶瓷材料晶界氧化的机理，以期找到一种有效的调控手段，从而能够提高陶瓷材料在极端环境下应用的可靠性。

本文主要针对碳化硅（SiC）陶瓷材料中的晶界氧化问题，利用分子动力学（Molecular dynamics）的方法，从微观原子尺度，研究了SiC材料的不同构型的晶界在高温环境下的初始氧化的响应问题，为进一步调控材料的抗氧化能力提供了指导。本文的详细内容请参考（Sensitivity of SiC Grain Boundaries to Oxidation, J. Phys. Chem. C, 2019, 123, 11546, https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b00068）.

通过MD的模拟，我们比较了SiC中的多种不同类型的coherent/incoherent晶界在极端氧化环境下的初始阶段的氧化层的产生速率。研究发现，在相同条件下，coherent晶界的氧化速率与单晶材料的氧化速率相当，而要比incoherent晶界的氧化速率慢。并且分析了初始氧化阶段的氧化层的厚度的变化，我们发现氧化层的厚度变化遵循着logarithmic-linear-parabolic的演变过程，这一现象与金属材料中的初始氧化过程类似。

随后，我们从原子角度解释了为什么会出现incoherent晶界要比coherent晶界已经单晶区域的氧化速率高。其主要原因是因为incoherent晶界处，因为具有更多的不饱和配位的原子，以及更大的自由空间，使得氧原子更容易被吸引和渗透进入材料内部，从而导致incoherent晶界处更容易被氧化。而相比于coherent晶界，虽然在dislocation core附近会存在同样类似的问题，但是因为这些dislocation core是被周围规则的晶体结构所包围，使得氧原子很难与这些dislocation core发生反应，从而使得氧化速率降低。

通过以上研究，我们可以得出结论，incoherent晶界的存在会降低材料的抗氧化能力，使得材料可能从晶界处逐渐氧化，最终导致材料的整体失效；而对于coherent晶界，因其活跃的氧化区域（也就是所谓的dislocation core）被规则的晶体结构所包围，从而使得其氧化速率与单晶材料类似。