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科学家在合金系中发现新的固体物质形态

2020-03-11 17:04:38    来源:中国科学报

北京科技大学新金属材料国家重点实验室教授何战兵与北京大学化学学院教授孙俊良、沈阳金属研究所研究员马秀良、瑞士苏黎世大学教授沃特·斯陶尔合作,在Al-Cr-Fe-Si合金系中发现一种新的固体物质形态。近日,该研究成果发表于《晶体学报A卷》。

这种新的物质形态与铝基十次准晶的结构相关,由周期排列的结构块之间镶嵌非周期结构块形成。如水火不相容一样,周期平移性是准晶体和传统晶体最本质的区别之一。何战兵等发现的这种新的物质形态同时具有传统晶体材料的周期平移对称性和准晶体的准周期性,将晶体和准晶体结构上的矛盾巧妙融合在一起。

研究者们通过透射电子显微学,特别是能达原子级分辨的球差矫正透射电子显微镜的研究,在Al65Cr15Fe10Si10 和Al60Cr20Fe10Si10合金中发现了这种不同于任何已知物态的新奇物质形态。该物态周期排列的结构块之间却镶嵌着一些非周期排列的结构块,且整个结构的傅里叶变换图上的强衍射斑点呈现明显的十次对称,说明其结构与十次准晶体的结构密切相关。

由于其周期格子及非周期性镶嵌结构块的多样性和灵活性,因而该物质形态丰富多变。由于周期性结构块的存在,这种结构不属于准晶体,但其生成过程与准晶体及其近似相特有的相位子缺陷密切相关。该类物质态也不同于常见的非周期调制结构、一维管状主—客结构及关联无序冰结构,属于一种新的物质形态。

虽然该类物质形态目前仅在合金中发现,但其结构特性不局限于合金体系,也可以存在于别的体系中,如有机材料、纳米自组装材料、多孔材料等,具有广泛性,代表着一种新的固体物质形态。

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