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[材料资讯] 宋双喜课题组:揭示金属玻璃纳米粒子快速粗化机制

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发表于 2019-11-25 07:30:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
金属纳米颗粒由于粒径小,表面曲率大等特征,具有体积效应、表面效应,通过结构调控可以获得超高的催化活性。然而结晶态金属纳米颗粒的粗化会直接导致其物理化学性能退化,因而其粗化机制已得到了广泛的研究。近年来,新型玻璃态金属纳米粒子在结构和功能上的应用越来越受到人们的关注,但其粗化机制仍不清楚。

金属玻璃纳米粒子

金属玻璃纳米粒子
       2019年11月20日,上海交通大学材料科学与工程学院的宋双喜等人在Nature子刊Nature Communications上发表题为《Fast coalescence of metallic glass nanoparticles》的论文。该研究通过原位加热超高分辨透射电子显微镜表征了非晶态Pd81Si19金属纳米粒子在高温下的快速粗化动力学过程。结合原子尺度的原位观察和动力学Monte Carlo模拟,结果表明金属玻璃纳米粒子的高表面迁移率和非刻面特性促进了非晶态纳米粒子在相对较低温度下的快速聚并。金属纳米颗粒结晶态与玻璃态不同原子结构导致不同粗化机制的发现,促进了我们对纳米粒子粗化动力学和玻璃表面动力学的理解。
       本研究的部分实验工作在上海交通大学材料科学与工程学院尖端物质研究中心完成,田原博士为第一作者,宋双喜副研究员为通讯作者,上海交通大学为第二完成单位。共同通讯作者是美国约翰霍普金斯大学的陈明伟教授,另外还包括尖端物质研究中心的刘攀研究员,日本东北大学的Jiao Wei博士、Zhen Lu博士和Akihiko Hirata教授。该研究工作得到了国家自然科学基金委创新群体项目(51821001)、科技部国家重点基础研究发展计划(2015CB856800)等项目的资助。
      上海交通大学材料学院尖端物质研究中心课题组一直致力于金属玻璃领域的应用。自2015年以来课题组已陆续在金属玻璃微观原子结构表征(Nature Communications,2018;Physical Review Letters,2017;Nature Communications,2016)方面取得重大进展;同时也开展了先进陶瓷材料结构与性能(Physical Review Letters,2018)、纳米多孔材料(Advanced Materials,2016)等相关先进材料的基础研究。
       论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-13054-z


         金属玻璃
       金属玻璃又称非晶态合金, 它既有金属和玻璃的优点, 又克服了它们各自的弊病.如玻璃易碎, 没有延展性。金属玻璃的强度高于钢, 硬度超过高硬工具钢, 且具有一定的韧性和刚性, 所以, 人们赞扬金属玻璃为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”。
       对科学家来讲,玻璃是任何能从液体冷却成固体而无结晶的材料。大多数金属冷却时就结晶,原子排列成有规则的形式称作晶格。如果不发生结晶并且原子依然排列不规则,就形成金属玻璃。不像玻璃板,金属玻璃不透明或者不发脆,它们罕见的原子结构使它们有着特殊的机械特性及磁力特性。普通金属由于它们晶格的缺陷而容易变形或弯曲导致永久性地失形。对比之下,金属玻璃在变形后更容易弹回至它的初始形状。缺乏结晶的缺陷使得原铁水的金属玻璃成为有效的磁性材料。
       金属玻璃是 1960 年被发明的新材料,多年以来被各国科学家广泛而深入地研究。与相应的晶态合金相比,这种材料展现出非常独特的力学与物理性能,使之在多个领域都有广阔的应用前景。同时,金属玻璃作为结构无序材料中一类相对简单的代表体系,是研究非晶态物理的一个比较理想的材料模型。解决金属玻璃中的基本科学问题,比如它的结构表征、形变机理、玻璃转变、玻璃形成能力等,不仅可以促进金属玻璃本身的应用,而且也将推动整个凝聚态物理学的发展。

        宋双喜上海交通大学特别副研究员。本科毕业于上海交通大学,2009年在美国田纳西大学获得博士学位,主要从事非晶合金力学行为、纳米力学、原子尺度微观结构方面的研究工作。

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