研究人员用X-射线断层扫描等技术实时追踪了小尺寸准晶体的撞击情况。他们认为,自愈现象减少了准晶体缺陷。
美国密歇根大学领导的研究小组发现,一种曾被认为可能具有颠覆性但在21世纪初失宠的材料——准晶体,可能会迎来商业上的“复活”。当地时间10月11日,研究人员在《自然通讯》杂志中展示了一种新方法,借助该方法,他们制造出了体积更大并且不存在缺陷的准晶体。密大助理教授Ashwin Shahani介绍:“工业放弃准晶体的主要原因是它们充满了缺陷,而我们设计的新方法有望让准晶体重归主流。”
准晶体虽然具有普通晶体的有序结构,但不具有类似的重复模式。它不仅具备超高硬度、超光滑性,还能以特殊方式吸收热和光,表现出奇异的电特性。然而,在“蜜月期”之后,早期的准晶体制造商很快发现了它的致命弱点:准晶体之间的微小裂缝(即晶界)会导致腐蚀,进而使其失效。自此,准晶体的商业开发基本处于搁置状态。
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Shahani团队在新研究中发现,在一定条件下,小型准晶体通过碰撞融合在一起,能够形成单一的、无晶界缺陷的大型晶体。Shahani说:“这些晶体在碰撞后会自我修复,使缺陷类型产生转化,并最终完全消失。考虑到准晶体在周期性方面的匮乏特征,这一新发现是非同寻常的。”
Shahani用X-射线断层扫描技术实时观测了熔融的准晶体混合物。结果显示,当混合物冷却时,微小的准晶体相互碰撞、融合,最终成功转变为体积翻倍的准晶体。随后,研究人员又对该过程进行了计算机模拟,确定了微小晶体融合成大型晶体的确切条件。举例来谈,铅笔状晶体必须在特定排列范围内面对面才能碰撞和融合。论文作者Sharon Glotzer教授说:“透过模拟,我们可以看到实验无法展示的结晶过程的细节,反之亦然。因此,只有将实验和模拟有机结合在一起,才能对结晶过程有比较全面的了解。”
虽然这项技术的商业化可能还需要数年时间,但Shahani对高效生产大尺寸准晶体的未来充满信心。Shahani表示,他们或将使用工业上普遍采用的烧结技术,通过加热和加压的方式让材料融合。
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编译:德克斯特 审稿:西莫 责编:陈之涵
期刊来源:《自然通讯》
期刊编号:2041-1723
原文链接:https://www.eurekalert.org/news-releases/930944
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