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新研究有助于揭示固-固相变背后的机制

2019-08-09     来源:太原市人民政府         内容标签:新研究,新,研究,有助于,揭示,固,相变,背,后的,

导读:方形图案水晶(标记为绿色)产生液体“液滴”(红色),形成三角形晶体(蓝色)。国际团队研究人员帮助揭示固-固相转变背后的机制,为各种固-固相转变提供新的见解。两种固体由

方形图案水晶(标记为绿色)产生液体“液滴”(红色),形成三角形晶体(蓝色)。

国际团队研究人员帮助揭示固-固相转变背后的机制,为各种固-固相转变提供新的见解。

两种固体由相同元素组成,但具有不同的原子几何排列或晶相,可以生产不同性质的材料。煤和钻石提供了这种效应的一个壮观的例子。

虽然众所周知,在正确的环境下,一个晶相可以转化为另一个,但促进固-固转变的机制仍然不太好了解。原子可以通过两条主要路线重新排列自己从“父”阶段转变为“女儿”阶段,但很难预测材料将采用哪条路线或者为什么采用一条路线而不是另一条路线。

<为此,来自香港科技大学,宾夕法尼亚大学,苏州大学苏州大学和索尔维的研究人员研究了单粒子分辨率的胶体固-固转变,他们发现了令人惊讶的机制,促进这些路线之一。他们发现,如果一些晶体分两步进行,则一些晶体更容易制成固-固转变。

令人惊讶的是,该过程的第一步涉及母相产生液滴。然后液滴进入子相。

观察结果为各种固-固相变提供了新的见解,对合金的开发和制造以及发生的自然过程具有潜在的意义。深入地球的地幔。

研究小组由研究生YiPeng和香港科技大学物理学副教授YilongHan以及导演ArjunYodh领导。宾夕法尼亚大学艺术与物流学院物理结构研究实验室和物理与天文学系教授科学。

它出版于NatureMaterials。

固-固相变可能发生的两条主要途径因原子是一起移动还是彼此独立而不同。无扩散或马氏体转变涉及许多原子一起协同运动。这条路线通常被描述为“军事”过渡,因为原子以协同的方式“行进”。相比之下,“平民”过渡涉及扩散。它与母相中子相的“液滴”的形成有关,各个原子以随机的方式在两相之间的界面上来回扩散。

“我们观察到的过程被称为成核,“Yodh说。“来自母相的颗粒脱离并形成新相的液滴,当液滴变得足够大时,新的晶相迅速生长。令人惊讶的是,我们看到的初始液滴是液体而不是微晶。”

“如果转型的能量障碍很大,系统可能无法直接转变为理想的最终状态,”韩说。“相反,通过一些具有较低屏障高度的中间亚稳状态的间接途径可能更有利。这种影响原则上可以在任何跨越障碍的过程中产生,包括蛋白质折叠,化学反应甚至一些进化或社会变换。”

研究小组设计了一种观察这一过程的方法,使用在Yodh实验室中合成的具有独特性质的聚合物颗粒:它们在加热时会收缩。该团队形成了薄膜,这些薄膜夹在两个透明壁之间。

重要的是,这些球形颗粒的晶体堆积高度依赖于颗粒在薄膜中占据的体积。作为膜厚度与粒径的比率。通过这些球体的填充形成的固体区域具有正方形或三角形对称性。胶体薄膜因此模仿原子的晶相,样品设计允许实验者通过视频显微镜记录粒子行为,因为他们从一个阶段切换到另一个阶段。

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