亚稳态 γ-Al2O3通常在勃姆石 (γ-AlOOH)脱水或含铝合金的热氧化过程中构成。人们对 Al 纳米粒子的氧化机制进行了很多研讨，这表明氧化物的改变大致是从非晶相到 γ-Al2O3，然后到 θ-Al2O3，再到安稳的 α-Al2O3相在铝粉的氧化过程中。 γ-Al2O3作为氧化过程中的过渡氧化铝，在构成保护性氧化层以进步纯Al及铝合金的抗氧化性方面起着及其重要的效果。 γ-Al2O3与含铝金属合金界面的结构和物理性质在很大程度上决议了含铝金属合金氧化过程中γ-Al2O3的形核、描摹演化和缺点生成，从而决议了其描摹和力学功能。安稳保护性 α-Al2O3 产品的功能。因而，了解γ-Al2O3 相与 Al 基体之间界面的界面结构和能量学关于了解 γ-Al2O3 薄膜在 Al 氧化过程中的安稳性至关重要。

  来自美国宾夕法尼亚州立大学的学者报告了对亚稳态 γ-Al2O3 相和 Al 之间界面的结构和能量特性的全面第一性原理研讨。别离考虑Ouyang, Pinto和 Digne提出的两种尖晶石和一种非尖晶石γ-Al2O3模型，以及与Al或许的取向联系和不同的界面终端，构建了19种界面结构模型。本研讨之后发现具有 (001)γ(111)Al取向联系的 Pinto 模型显现最低的界面能为 1.08 J/m2，这归因于规矩散布的面外 Al-O 界面键。别离功与界面键的强度和密度直接相关。本研讨的核算为猜测 Al 氧化过程中 γ-Al2O3 薄膜的安稳性供给了必要的界面结构和能量学剖析。与之相类似的文章以“First-principles calculations of γ-Al2O3/Al interfaces”标题宣布在Acta Materialia。

  图 9. (a) γ-Al2O3-薄膜/Al-衬底 模型的示意图 (b) 不同氧化膜厚度下界面模型之间的单位体积内的包括的能量差异。

  本研讨别离依据 Ouyang、Pinto 和 Digne 等人提出的三种不同的 γ-Al2O3 周期模型以及它们与 Al 基体或许的取向联系构建了 γ-Al2O3/Al 界面超晶胞。运用DFT 核算核算晶格偏移应变、界面能、粘附功和别离功。核算依据成果得出：界面键的密度和强度，尤其是Al-O键，对别离作业起着至关重要的效果。 Wsep 跟着界面 Al-O 键的密度和强度的添加而添加。核算得到的界面能规模为1.08-2.18 J/m2，其间(001)γ(111)Al取向联系的PintoC2/C3模型的界面能最低为1.08 J/m2。这种低界面能可归因于规矩散布的面外 Al-O 界面键，类似于块状 γ-Al2O3 中的 Al-O 键。

  依据具有 (001)γ(111)Al取向联系的 Pinto 模型的 γ-Al2O3-薄膜在厚度小于 125 Å 时表现出最高的安稳性，这主要是由于最低的界面能和外表能比较来说较低。假如薄膜厚度大于 125 Å，依据具有 (010)γ(001)Al取向联系的 Digne 模型的 γ-Al2O3-薄膜显现出最高的安稳性，由于 Digne 模型的体积化学自由能是最低的。这能够进一步探究纯铝的外表氧化行为。各向异性的界面能会导致Al基体中分出椭球体γ-Al2O3。另一方面，各向异性晶格失调会导致棒状 γ-Al2O3 描摹。当 γ-Al2O3尺度小时，界面能的影响将在初始成核阶段占主导地位，而当分出物尺度变大时，弹性应变能将主导 γ-Al2O3。（文：SSC）