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        作者:趙路 來源:中國科學報 發布時間:2022/8/11 12:16:55
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        科學家揭秘亞晶格尺度下晶體—非晶雜化結構

         

        亞晶格尺度下有序—無序嵌套結構的形成 圖片來源:研究團隊

        通過創造雜化結構集合晶態與非晶態的各自優勢一直是材料科學家追求的理想目標。北京高壓科學研究中心(HPSTAR)研究員呂旭杰團隊,采用壓力調控,首次在單一材料亞晶格尺度上觀察到晶體—非晶雜化態。相關研究發表在8月9日的《自然—通訊》。

        根據原子排列是否存在長程周期性,固體一般可分為晶態和非晶態。原子之間不同的排列方式及其相互作用使晶態、非晶態材料展現出不同的物理和化學性質。晶態和非晶態材料各具優勢,如何獲得晶體—非晶雜化材料以集成這兩種狀態的結構和性質特點是理解其內在相互作用機制的關鍵,也是新材料設計開發的重要方向。

        “晶體和非晶結構在宏觀、介觀尺度上的復合研究已經取得了很大進展,而更微觀尺度的雜化結構將具有更本征的特性,盡管面臨較大挑戰,依然亟待我們去探索發現。”呂旭杰說,“為此,我們提出一種策略調節晶體的化學鍵層級,這將使基于不同亞晶格的雜化結構設計成為可能。”

        基于該設計思路,研究團隊選擇了具有強化學鍵層級結構的化合物Cu12Sb4S13,利用壓力調節鍵合層次,得到了由自填充的無定形Cu基亞晶格“內臟”和堅固的晶體框架組成的有序—無序嵌套結構。“通過晶體結構和化學鍵合分析,我們發現Sb陽離子的孤對電子起到了重要作用。孤對電子強的靜電斥力將部分銅原子從平衡位置推離,從而產生無序的亞晶格,而其余的晶體框架保持不變。”該研究第一作者、HPSTAR卜克軍解釋道。這也是首次在單一材料的亞晶格尺度上觀察到晶體—非晶雜化態,該材料兼具低熱導率和金屬導電率,實現了兩種相互競爭的物理性能的協同改善。

        相關論文信息:https://www.nature.com/articles/s41467-022-32419-5

         
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