五重孪晶构成机理研讨获得发展

近来，中国科学院金属研讨所钛合金研讨部助理研讨员周刚（一起一作）、副研讨员王皞与美国太平洋西北国家实验室教授Li Dongsheng（通讯作者）、博士宋淼（一起一作）以及密歇根大学博士鲁宁（一起一作）等人协作，选用高分辩原位透射电镜和分子动力学模仿办法，在原子标准提醒了两种五重孪晶的构成机理。相关研讨成果于2020年1月3日在《科学》（Science）在线宣布。

作为一种重要的孪晶结构，五重孪晶在晶体成长、生物医学、光学和催化等范畴均有着广泛的使用。比方，五重孪晶结构所引进的晶格畸变能添加纳米线的杨氏模量；五重孪晶铜纳米线在复原CO2制备甲醇的进程中表现出优异的催化功能等。尽管自G. Rose于1831年在金中发现五重孪晶以来，科研人员已在近百种资料中发现了五重孪晶结构并展开了很多的根底和使用研讨，但由于无法在原子标准直接调查构成进程，其构成机理至今仍无结论。

此次研讨人员发现，在～3nm Au、Pt和Pd纳米颗粒的集合成长进程中，纳米颗粒可以终究靠颗粒间的取向粘附（Orientation attachment，OA）构成开始的两个孪晶界面，然后经原子外表分散和高能晶界构成及分化（机理1）或不全位错的滑移（机理2）构成五重孪晶结构。两种构成机理首要取决于颗粒取向粘附后所构成的外表结构。假如经取向粘附后，构成的凹面夹角挨近90°，则为机理1；假如构成的凹面夹角挨近150°，则为机理2，其详细的构成进程如下：

机理1：经过取向粘附、原子外表分散以及随后的高能晶界的构成和分化。首要，经颗粒取向粘附进程构成开始的两个Σ3孪晶界面以及一个～90°凹面；这种较大曲率的凹面将促进外表原子分散到该处从而构成第三个Σ3孪晶界和Σ27高能晶界；终究经过孪晶极邻近零应变孪晶的形核及成长，Σ27分化成别的两个Σ3孪晶界并构成五重孪晶结构。该机理可构成较为对称的五重孪晶结构。

机理2：经过取向粘赞同不全位错的滑移或晶界分化。当取向粘附进程构成的凹面夹角为～150°时，经过在表层原子中不全位错的滑移或Σ9晶界的分化即可完成五重孪晶的构成。不全位错的持续滑移可促进孪晶界面向晶粒内部搬迁，但也伴随着晶格应变能增大，因而该机理首要构成不对称的五重孪晶结构。在后续的成长进程中，五重孪晶对称性的演化可经过与其他纳米颗粒的集合长大完成。

图1. 五重孪晶构成机理1：经过取向粘附、原子外表分散以及随后的高能晶界的构成和分化（零应变孪晶成核和成长）

图2. Σ27分化为Σ34和Σ35

图3. 五重孪晶构成机理2：经过取向粘赞同不全位错的滑移或晶界分化

来历：中国科学院金属研讨所