【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所鈦合金研究部助理研究員周剛(共同一作)、副研究員王皞與美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室教授Li Dongsheng(通訊作者)、博士宋淼(共同一作)以及密歇根大學(xué)博士魯寧(共同一作)等人合作，采用高分辨原位透射電鏡和分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，在原子尺度揭示了兩種五重孿晶的形成機(jī)理。相關(guān)研究成果于2020年1月3日在《科學(xué)》(Science)在線發(fā)表。
 

　　作為一種重要的孿晶結(jié)構(gòu)，五重孿晶在晶體生長(zhǎng)、生物醫(yī)學(xué)、光學(xué)和催化等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用。比如，五重孿晶結(jié)構(gòu)所引入的晶格畸變可以增加納米線的楊氏模量；五重孿晶銅納米線在還原CO2制備甲醇的過(guò)程中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能等。盡管自G. Rose于1831年在金中發(fā)現(xiàn)五重孿晶以來(lái)，科研人員已在近百種材料中發(fā)現(xiàn)了五重孿晶結(jié)構(gòu)并開(kāi)展了大量的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，但由于無(wú)法在原子尺度直接觀察形成過(guò)程，其形成機(jī)理至今仍無(wú)定論。
 

　　孿晶是指兩個(gè)晶體(或一個(gè)晶體的兩部分)沿一個(gè)公共晶面(即特定取向關(guān)系)構(gòu)成鏡面對(duì)稱(chēng)的位向關(guān)系，這兩個(gè)晶體就稱(chēng)為"孿晶"，此公共晶面就稱(chēng)孿晶面。
 

　　在晶體生長(zhǎng)和制備過(guò)程中，晶體會(huì)沿某種對(duì)稱(chēng)操作共生，形成孿晶。孿晶界面所分隔開(kāi)的兩部分晶體間以特定的取向關(guān)系相交接，從而構(gòu)成新的附加對(duì)稱(chēng)元素。如反映面、旋轉(zhuǎn)軸或?qū)ΨQ(chēng)中心。但這些對(duì)稱(chēng)操作一定是獨(dú)立的，不能與晶體結(jié)構(gòu)所屬空問(wèn)群中的任何對(duì)稱(chēng)操作相關(guān)聯(lián)。同時(shí)，這些新加入的對(duì)稱(chēng)操作也必須是結(jié)晶學(xué)允許的。對(duì)于單斜晶系來(lái)說(shuō)，其對(duì)稱(chēng)特征是在b軸方向上存在著一個(gè)二次旋轉(zhuǎn)軸或反映對(duì)稱(chēng)面。該反映面是獨(dú)立的，其反映對(duì)稱(chēng)操作使晶體的兩個(gè)部分進(jìn)一步關(guān)聯(lián)，得到孿晶。
 

　　此次研究人員發(fā)現(xiàn)，在～3nm Au、Pt和Pd納米顆粒的聚集生長(zhǎng)過(guò)程中，納米顆?？梢酝ㄟ^(guò)顆粒間的取向粘附(Orientation attachment，OA)形成起始的兩個(gè)孿晶界面，然后經(jīng)原子表面擴(kuò)散和高能晶界形成及分解(機(jī)理1)或不全位錯(cuò)的滑移(機(jī)理2)形成五重孿晶結(jié)構(gòu)。兩種形成機(jī)理主要取決于顆粒取向粘附后所形成的表面結(jié)構(gòu)。如果經(jīng)取向粘附后，形成的凹面夾角接近90°，則為機(jī)理1；如果形成的凹面夾角接近150°，則為機(jī)理2，其具體的形成過(guò)程如下：
 

　　機(jī)理1：通過(guò)取向粘附、原子表面擴(kuò)散以及隨后的高能晶界的形成和分解。首先，經(jīng)顆粒取向粘附過(guò)程形成起始的兩個(gè)Σ3孿晶界面以及一個(gè)～90°凹面；這種較大曲率的凹面將促使表面原子擴(kuò)散到該處進(jìn)而形成第三個(gè)Σ3孿晶界和Σ27高能晶界；終通過(guò)孿晶極附近零應(yīng)變孿晶的形核及生長(zhǎng)，Σ27分解成另外兩個(gè)Σ3孿晶界并形成五重孿晶結(jié)構(gòu)。該機(jī)理可形成較為對(duì)稱(chēng)的五重孿晶結(jié)構(gòu)。
 

　　機(jī)理2：通過(guò)取向粘附和不全位錯(cuò)的滑移或晶界分解。當(dāng)取向粘附過(guò)程形成的凹面夾角為～150°時(shí)，通過(guò)在表層原子中不全位錯(cuò)的滑移或Σ9晶界的分解即可實(shí)現(xiàn)五重孿晶的形成。不全位錯(cuò)的繼續(xù)滑移可促使孿晶界面向晶粒內(nèi)部遷移，但也伴隨著晶格應(yīng)變能增大，因此該機(jī)理主要形成不對(duì)稱(chēng)的五重孿晶結(jié)構(gòu)。在后續(xù)的生長(zhǎng)過(guò)程中，五重孿晶對(duì)稱(chēng)性的演化可通過(guò)與其他納米顆粒的聚集長(zhǎng)大實(shí)現(xiàn)。
 

　　納米顆粒，又稱(chēng)納米塵埃，納米塵末，指納米量級(jí)的微觀顆粒。它被定義為至少在一個(gè)維度上小于100納米的顆粒。小于10納米的半導(dǎo)體納米顆粒，由于其電子能級(jí)量子化，又被稱(chēng)為量子點(diǎn)。
 

　　納米顆粒是一種人工制造的、大小不超過(guò)100納米的微型顆粒。它的形態(tài)可能是乳膠體、聚合物、陶瓷顆粒、金屬顆粒和碳顆粒。納米顆粒越來(lái)越多地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、防曬化妝品等中。
 

　　納米顆粒能夠滲透到膜細(xì)胞中，并沿神經(jīng)細(xì)胞突觸、血管和淋巴血管傳播。與此同時(shí)，納米顆粒有選擇性地積累在不同的細(xì)胞和一定的細(xì)胞結(jié)構(gòu)中。納米顆粒的強(qiáng)滲透性不僅僅為藥物的使用提供了有效性，同時(shí)，也對(duì)人體健康提出了潛在威脅。但至今，對(duì)納米顆粒對(duì)人體健康危害的研究還很少。