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[材料资讯] 兰司等在非晶合金结构和相变研究领域取得突破性进展

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发表于 2021-5-26 12:25:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
近日,我校材料科学与工程学院/格莱特研究院的兰司教授团队领衔在最新一期《自然·材料》(Nature Materials)中报道了桥接非晶态与晶态物质的一种手性中程序结构。论文题为:“A medium-range structure motif linking amorphous and crystalline state, DOI: 10.1038/s41563-021-01011-5”。南京理工大学为第一通讯单位,兰司教授为该论文第一和共同通讯作者、香港城市大学王循理教授、美国阿贡国家实验室任洋资深物理学家为共同通讯作者。

非晶合金结构

非晶合金结构
图 桥接非晶态与晶态的中程序结构单元模型以及该结构存在于非晶态和晶态的直接实验观测证据
         “非晶态物质的本质是什么”是凝聚态物理的前沿基础科学问题之一。非晶态材料中存在原子尺度规则或半规则的多面体短程(2-5 Å)有序结构,然而其中程尺度(5-20 Å)结构仍然难以通过实验观测。因此,很难确定在非晶态材料与其对应的晶态材料之间是否存在某种处于中程或更大长度尺度范围内的结构联系。非晶态材料的结晶产物往往在成分上区别于前驱体,具有截然不同的基本结构单元,使这一问题变得更为复杂。解开非晶态的本质需要先回答非晶态物质是否存在一定空间尺度的结构单元,并按什么规则堆积形成局域有序、长程无序的无定型态结构这些关键问题。为解决上述科学问题,本研究工作在最经典的大块金属玻璃体系Pd-Ni-P中捕获了一个具有层状周期性结构的亚稳中间态立方相,并利用一系列先进的散射和电镜等结构分析手段,成功解析了Pd-Ni-P非晶合金中既存在于立方相又存在于非晶基体中的一种中程序结构(图):一种尺度为12.5 Å的手性六元三帽三棱柱团簇(论文中命名为6M-TTP)。该中程序结构在铸态可以长程无序堆积,在加热过程中一定温度区间可以周期性地堆积到几十纳米,并形成亚稳立方相。该实验观察提供了非晶相和晶相之间结构关联的直接证据,并且证明了区分晶相和非晶相的是中程序团簇的连接和堆积方式。结果表明,非晶态物质中可能普遍存在某些特征尺寸已经拓展至中程序尺度的结构单元以桥接非晶态与对应的晶态(如Pd-Ni-P金属玻璃中的6M-TTP)。我们的研究为非晶态材料的多尺度结构的有序性和复杂性提供了直接实验证据。该发现有助于进一步解开困扰学界逾世纪的非晶态结构本质难题,为调控非晶合金的中程序结构提供重要参考。
        该论文成为继2016年陈光教授团队在《自然•材料》相变调控定向凝固技术、2020年曾海波教授团队《自然•光子学》相变协同光电效应工作之后,南京理工大学材料学院/格莱特研究院第三次在先进材料相变前沿创新领域取得的突破性进展。中科院物理所谷林研究员、东莞市香港城市大学研究院吴帧舵研究员、南京航空航天大学博士生朱力为论文的共同一作。我校参与该工作的作者还有材料学院/格莱特研究院刘伟教授、孔惠慧教授、刘吉梓副教授、兰司教授课题组博士生刘思楠以及沙刚教授。本论文研究工作获得国家自然科学基金、江苏省自然科学基金杰出青年基金、粤港澳大湾区联合实验室、香港裘搓基金、香港研究基金委、中央高校基础研究基金等支持。
       【文章链接】
         S. Lan*#, L. Zhu#, Z.D. Wu#, L. Gu#, Q.H. Zhang, H.H. Kong, J.Z. Liu, R.Y. Song, S.N. Liu, G. Sha, Y.G. Wang, Q. Liu, W. Liu, P.Y. Wang, C.-T. Liu, Y. Ren*, X.-L. Wang*, A medium-range structure motif linking amorphous and crystalline states, Nature Materials. 2021. DOI: 10.1038/s41563-021-01011-5. (https://www.nature.com/articles/s41563-021-01011-5


        文章来源:北京理工大学
         兰司,南京理工大学材料学院/格莱特研究院教授、兼香港城市大学深圳研究院研究员,硕士生导师,国家自然科学基金、江苏省自然科学基金项目主持人、国家重点研发项目中子散射极端样品环境研发子课题骨干成员。2007年7月本科毕业于成都理工大学材料与化学化工学院材料科学与工程专业,获四川省优秀毕业生、四川省大学生综合素质A级证书、四川省优秀学生干部等称号。2009年6月硕士研究生毕业于武汉大学动力与机械学院材料工程系,2012年10月博士研究生毕业于香港中文大学物理系材料科学与工程专业,获得杨振宁奖学金。2012年11月至2014年10月于香港城市大学物理与材料科学系进行博士后研究;2013年9月荣获牛津大学-卢瑟福实验室中子散射学校研究提议大赛“最佳研究提议奖”(唯一获奖人)。2017年7月荣获中国材料大会非晶与高熵合金“杰出青年科学家”奖;2017年8月担任国际上久负盛名的Gordon Research Seminars of Neutron Scattering(戈登研讨会中子散射分会)创始主席;美国材料研究学会MRS、TMS、香港物理学会会员;裘搓基金会中子散射学校优秀导师。在Nature Communications、Advanced Materials、Applied Physics Letters等SCI期刊上发表论文近30篇。2017年3月发表的自然通讯文章揭示了非晶合金中所发生的非晶多形性转变的微观结构机制,解决了困扰非晶学界逾四十余年的谜题,被中国科学基金委于首页以要闻报道,同时以中、英、日三种文字被中外各大媒体报道。

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