从“退圈”到“复出”，看过气材料如何重拾辉煌

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。

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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