Yarı kristalli heterojen çekirdeklenme ve çökelme mekanizması çalışmasında ilerleme kaydedilmiştir.
Yarı kristallerin keşfi, yoğunlaştırılmış madde kavramını, kristal ötelemesinin periyodikliği hakkında etkiledi. Yarı kristaller keşfedildikten sonra, özel yapıları ve özellikleri, malzemeler ve yoğun madde fiziği gibi birçok alanda araştırma coşkusu uyandırdı. Çin Bilimler Akademisi akademisyeni Guo Kexin liderliğindeki Çin Bilimler Akademisi Metal Araştırma Enstitüsü'nün araştırma ekibi, yarı kristallerin çalışmasında bir dizi etkili bilimsel sonuç elde etti.İsrailli bilim adamı Shechtman, yarı kristalleri keşfettiği için 2011 Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü. Bununla birlikte, kuasikristallerin çekirdeklenme ve büyüme teorisi hala model aşamasındadır ve deneysel destekten yoksundur, bu nedenle, yarı kristallerin kökeninin atomik ölçekli mekanizması hala zorlu bir bilimsel problemdir.
Dislokasyonlar, yalnızca fizik, kimya ve mekanik gibi bir dizi malzeme özelliğini doğrudan etkilemekle kalmaz, aynı zamanda güçlendirme fazının heterojen çekirdeklenmesini ve çökelmesini de teşvik ederek malzemelerin mikroyapısını ve evrimini etkiler.Bu nedenle, malzeme bilimi araştırmalarının önemli içeriklerinden biridir. . Dislokasyonlar, kristaldeki yerel atomik yığılmanın simetrisini yok eder ve matris kafesinde bulunmayan beş üyeli halkaları, yedi üyeli halkaları ve diğer atomik konfigürasyonları dislokasyon çekirdeğine sokar. İkozahedral atomik küme, beş kat rotasyonel simetriye sahiptir ve düşük enerjili bir atomik konfigürasyondur. Araştırmacılar, katılaşma işlemi sırasında yarı kristallerin muhtemelen aşırı soğutulmuş sıvı metaldeki ikosahedral kümelerden geliştirildiğini tahmin ettiler.
Son zamanlarda, Dr. Zhiqing Yang ve Shenyang Ulusal Malzeme Bilimi Laboratuvarı, Metaller Enstitüsü'nden araştırmacı Ye Hengqiang, dislokasyon çekirdeği yerel atom düzenlemesi ve yarı kristal kümelerin yapısı arasındaki benzer beş dereceli rotasyonel simetriye dayanarak, Kristaldeki dislokasyonların ikosahedral kümelerin çekirdeklenme noktası olarak hizmet edebileceği ve ardından yarı kristallerin katı çökelmesini indükleyebileceği öne sürülmüştür. Çalışma, Mg-Zn ikili alaşımdaki dislokasyon çekirdeğindeki Zn atomlarının segregasyonunu ve yerel yapı evrimini sistematik olarak incelemek için taramalı transmisyon elektron mikroskobu kullandı ve dislokasyonlar boyunca oluşan çökeltilerin MgZn2, Mg4Zn7 gibi topolojiler olmadığını buldu. Yoğun şekilde paketlenmiş kristal faz, yarı periyodik Penrose benzeri rastgele birleştirme yapısı gösterir. Yeni ikili yarı-periyodik çökelmiş fazın yapısal birimi, 13 atomdan oluşan bir ikosahedron olup, diğer yarı kristallerde Bergman kümelerinden (136 atom) ve Yb-Cd kümelerinden (158 atom) çok daha küçüktür; ve Mg-Zn'nin tüm bilinen ikili kristal fazlarının yarı kristal olmayan yaklaşık kristal fazlar olduğu özellikle belirtilmelidir. Dislokasyon çekirdeğine ayrılmış Zn atomlarının bir kısmı önce bitişik beş üyeli halkalar arasındaki ara bölgelere girerek yön boyunca ara atom kolonları oluşturur; daha sonra, beş üyeli halka üzerindeki atomlar yapısal gevşeme ve rekombinasyona uğrayarak ara atomlara neden olur. Merkezde sütun bulunan ikosahedral bir dize. Yeni kuasikristaldeki ikosahedral dizginin bir kısmında eksenel yönde istiflenen bitişik beş üyeli halkalar, ideal 5. dönüş simetrisini gösteren sırasıyla 5 Zn atomundan veya 5 Mg atomundan oluşur. Bitişik ikosahedral dizgiler, eş kenarlı veya eş düzlemli bir şekilde 72 ° dörtgen prizmalar ve düz altıgen prizmalar oluşturur ve bunlar, Penrose benzeri bir ekleme yapısına sahip yarı periyodik bir çökelti oluşturmak için 5 yönde paralel olarak rastgele eklenir. Rastgele ekleme yapısı, sistemin entropi yoğunluğunu maksimize edebilir, böylece yeni ikili Mg-Zn yarı periyodik çökelmiş faz, iyi bir yapısal termal stabiliteye sahiptir ve 340 at'da hiçbir yapısal kararsızlık meydana gelmez.
Çalışma, yalnızca ultra küçük yapısal birimlerden oluşan yeni bir ikili yarı periyodik yapı türü keşfetmekle kalmadı, aynı zamanda kristal kusurlarının neden olduğu yerel simetri kırılması ile yarı periyodik yapıların çökelmesi arasındaki bağlantının mikroskobik mekanizmasını açıklığa kavuşturdu ve kristal kusurlarını genişletti. Ve yarı periyodik yapı oluşumunun araştırma içeriği. Gözlemlenen yeni yapı, yerel beş-katlı simetri göstermektedir.Hala ideal bir Penrose kuasikristali olmamasına rağmen, mevcut araştırma sonuçları, üç boyutlu bir ideal yarı kristalin oluşum mekanizmasını ortaya çıkarmak için faydalı bir referans sağlayabilir. Düşük voltajlı elektron mikroskobu araştırma çalışmasının bir kısmı, yarı periyodik yapının çekirdeklenme aşaması üzerine Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda tamamlandı.İki boyutlu Penrose benzeri bir ekleme yapısından üç boyutlu ideal bir kuasikristale geçiş üzerine çalışma devam ediyor.
İlgili araştırma sonuçları "Nature-Communication" dergisinde yayınlandı. Araştırma, Çin'in genel projesi Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, büyük proje ve Çin Bilimler Akademisi Sınır Bilim Anahtar Araştırma Programı tarafından finanse edildi.
Şekil 1. Soğuk haddelemeden sonra yaklaşık 5 dakika süreyle 300 ° C'de ısıl işleme tabi tutulmuş bir numunedeki dislokasyonun çekirdeğindeki atomik konfigürasyon. a, silindirik dislokasyonlarda Zn atomlarının ayrılması, Mg matris kristal şerit ekseni boyunca gözlenir ve bazı atomlar, tamamlanmamış bir ikosahedral yapı oluşturmak için oktahedral boşluğa (daire ile gösterilen konum) girer; d, e, dislokasyon etrafında Gerinim alanı.
Şekil 2. Soğuk haddeleme, 300 ısıl işlem veya sürtünmeli karıştırma işleminden sonra, numunedeki dislokasyonda oluşan karmaşık yapı çökelir.
Şekil 3. Daha büyük boyut, Penrose benzeri bir ekleme yapısıyla çöker. a, Mg matris şerit ekseni boyunca gözlendiğinde, 300 ° C'de yaklaşık 10 dakika soğuk haddelemeden sonra numunedeki dislokasyondaki çökelmiş faz; b, C14 Laves fazındaki ikosahedral birimin atomik konfigürasyonu; c, çökelmiş faz bir çift gösterir İkosahedral kümelerin atomik konfigürasyonu, decahedral dizi ekseninde kesinlikle beş kat rotasyonel simetriye sahiptir; d, 340 ° C'de 60 dakika boyunca Mg matris kayış ekseni boyunca gözlemlenen sürtünme karıştırma işleminden sonra numunedeki çökelmiş faz, sağ üst köşe ek Orta ok, çevreye dağıtılmış 10 kırınım noktasına işaret eder; e, çok sayıda Zn ara atomunu gösteren, Mg matris kuşak ekseni boyunca gözlemlenen çökelmiş fazın atomla çözülmüş görüntüsü (okla gösterildiği gibi). Şekil a'da, C14, C15, ve Mg4Zn7 gibi kristal fazların yapısal birimleri işaretlenmiştir, ancak boyutları genellikle bir birim hücrenin boyutunu aşmaz.
Şekil 4. İkosahedral dizide (mor beşgenlerle gösterilir) dörtgen prizmalar ve düz altıgen prizmaların dizilişi, çökelmiş fazda ideal beşli dönme simetrisini gösterir. m simetrik elemanı temsil eder - "ayna", s altın oran olan bitişik iki düzlemsel ikosahedron (~ 0.45 nm) arasındaki mesafeyi temsil eder. Parantez içindeki ilk sayı 72 ° dörtgen prizmaların sayısını, ikinci sayı ise düz altıgen prizmaların sayısını gösterir.
Şekil 5.a, muntazam çekirdekli kristal çekirdek, C14 Laves faz yapısını gösterir; b, tekdüze çekirdeklenmiş ve büyüyen çökelmiş faz genellikle daha büyük bir kristal alan yapısına sahiptir ve alanın boyutu, kristal faz birim hücresinin boyutundan çok daha büyüktür. Dislokasyon çekirdeğindeki beş üyeli halka yapısının, Penrose benzeri rasgele ekleme yapısının çökelmiş fazının oluşumunda önemli bir rol oynadığı anlaşılmaktadır.
Şekil 6. ac, Mg silindir dislokasyon çekirdek yapısının bir moleküler dinamik simülasyonudur, burada: Şekil b'deki 1-5 sayıları, beş üyeli halkanın merkezindeki atomik sütunu gösterir ve Şekil c, Zn atomunu şematik olarak gösterir. Boşluğa girdikten sonra, dislokasyon çekirdeğinden çıkan beş üyeli halka ile bir ikosahedral küme oluşturur; d, eksen Mg matris kafesinde dörtgen bir prizma oluştururken Mg oktahedronun merkezi olan ikosahedral dizi (siyah beşgen) Ve düz altıgen prizmanın şematik diyagramı.
-
- Haiti Grubu, Ziyang Yanjiang Haitian Merkez İlköğretim Okuluna 30.000 yuan değerinde kitap bağışladı
