TiN因其高硬度、优异导电性和耐腐蚀性，广泛应用于切削工具、生物医学植入体、光学器件等领域。然而，TiN在实际应用中常面临氧化和腐蚀问题，尤其是在高温、潮湿或强酸强碱环境中，其表面易发生不可逆的化学演化，导致性能退化。长期以来，学界对TiN表面与环境分子（如O₂、H₂O）的相互作用机制缺乏统一认识，制约了其性能优化。

       针对这一关键问题，前沿交叉科学研究中心黄良锋联合所内研究团队、中国科学技术大学及甬江实验室开展合作研究，通过理论计算与实验验证相结合，揭示了TiN材料在不同环境下的表面稳定性规律，为开发耐腐蚀、抗氧化的高性能涂层材料提供了关键科学依据。理论研究团队通过密度泛函理论（DFT）计算，系统分析了TiN不同晶面（001）、（110）和（111）的稳定性及反应趋势，发现：1）本征稳定性：在合成条件下，TiN(001)表面热力学稳定性最高，而TiN(111)表面（以Ti原子层终止）更易在环境中暴露。2）环境抗性：当表面被氧化或腐蚀时，N原子终止的TiN(111)表面展现出超强的抗氧化和抗腐蚀能力，其稳定性远超其他晶面。3）羟基的关键作用：羟基（OH*）的吸附会显著加速表面反应，打破保护层，这一发现解释了潮湿环境中TiN腐蚀速率加快的现象。实验团队通过磁控溅射技术制备了单晶TiN(111)薄膜，并利用高分辨率X射线衍射（HR-XRD）和角度分辨光电子能谱（ARPES）确认了其表面结构。在强酸和强碱环境中进行的长期腐蚀实验表明，单晶TiN(111)薄膜表面仅出现轻微腐蚀，且晶格结构保持完整；相比之下，多晶TiN薄膜在相同条件下出现显著腐蚀坑和厚度损失。这一结果验证了理论预测的准确性，凸显了TiN(111)表面在极端环境中的技术潜力。该研究首次统一了TiN表面演化的微观机制，为优化涂层材料设计提供了新思路。

      相关研究以“Unifying the atomistic trends for early-stage evolution of TiN surfaces in atmospheric and aqueous environments”为题，发表于国际冶金顶级期刊《材料学报》上（Acta Materialia 2025, 289, 120909）。本论文的第一作者为周游麒（宁波材料所2022级硕士生），共同第一作者为郭章媛（宁波材料所2022级硕士生），通讯作者为毕佳畅博士后、王立平研究员和黄良锋研究员。该研究工作获国家自然科学基金项目（U21A20127, 22272192, 12204495）和中国科学院B类战略先导专项（XDB1210101）资助。

图1 氮化钛涂层表面在制备条件和实际服役环境中演化规律的理论计算和实验验证。