自愈現(xiàn)象可以減少使類晶體不實(shí)用的缺陷。密歇根大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組的研究結(jié)果表明，一類曾經(jīng)看起來(lái)似乎可能徹底改變從太陽(yáng)能電池到煎鍋的一切，但在21世紀(jì)初就不再受歡迎的材料，可能可以在商業(yè)上復(fù)活了。 這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然-通訊》上，它展示了一種制造比以前大得多的準(zhǔn)晶體的方法，而沒(méi)有困擾過(guò)去制造商的缺陷。

X射線斷層成像顯示了兩個(gè)準(zhǔn)晶體在冷卻過(guò)程中開(kāi)始融為一體的側(cè)面圖。

密歇根大學(xué)材料科學(xué)與工程和化學(xué)工程助理教授、論文通訊作者Ashwin Shahani說(shuō)："工業(yè)界放棄準(zhǔn)晶體的一個(gè)原因是它們充滿了缺陷，但我們希望將準(zhǔn)晶體重新帶入主流。而這項(xiàng)工作暗示，它可以做到。"

準(zhǔn)晶體具有有序的結(jié)構(gòu)，但沒(méi)有普通晶體的重復(fù)模式，可以被制造出一系列誘人的特性。它們可以是超硬的或超滑的。它們可以以不尋常的方式吸收熱量和光線，并表現(xiàn)出奇特的電學(xué)特性，以及其他一系列的可能性。但是，最初將這種材料商業(yè)化的制造商很快就發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題--晶體之間的微小裂縫，即所謂的晶界，會(huì)招致腐蝕，使類晶體容易失效。從那時(shí)起，準(zhǔn)晶體的商業(yè)開(kāi)發(fā)大多被擱置了。

但是Shahani團(tuán)隊(duì)的新發(fā)現(xiàn)表明，在某些條件下，小的準(zhǔn)晶體可以碰撞并融合在一起，形成一個(gè)單一的大晶體，且沒(méi)有在小晶體組中發(fā)現(xiàn)的晶界缺陷。在一個(gè)旨在觀察該材料的形成的實(shí)驗(yàn)中，這一現(xiàn)象讓人感到驚訝。

他說(shuō)："看起來(lái)晶體在碰撞后正在自我愈合，將一種類型的缺陷轉(zhuǎn)化為另一種類型，最終完全消失，鑒于準(zhǔn)晶體缺乏周期性，這很不尋常。"

晶體開(kāi)始時(shí)是像鉛筆一樣的固體，尺寸只有幾分之一毫米，懸浮在鋁、鈷和鎳的熔融混合物中，研究小組可以使用X射線斷層掃描技術(shù)實(shí)時(shí)和三維地觀察到這些晶體。隨著混合物的冷卻，這些微小的晶體相互碰撞并融合在一起，最終演變成一個(gè)單一的大型準(zhǔn)晶體，比組成的準(zhǔn)晶體大幾倍。

在阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室觀察到這一過(guò)程后，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行了虛擬復(fù)制。通過(guò)在略微不同的條件下運(yùn)行每個(gè)模擬，他們能夠確定在何種條件下微小的晶體會(huì)融合成較大的晶體。例如，他們發(fā)現(xiàn)，微小的鉛筆狀晶體必須在一定的排列范圍內(nèi)相互面對(duì)，以便碰撞和凝聚在一起。這些模擬實(shí)驗(yàn)是在約翰·沃納·卡恩杰出大學(xué)工程教授、論文通訊作者Sharon Glotzer的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的。

Glotzer說(shuō)："當(dāng)實(shí)驗(yàn)和模擬都能觀察到在相同的長(zhǎng)度和時(shí)間尺度上發(fā)生的相同現(xiàn)象時(shí)，這很令人興奮。模擬可以看到實(shí)驗(yàn)不能完全看到的結(jié)晶過(guò)程的細(xì)節(jié)，反之亦然，因此，只有在一起，我們才能完全理解正在發(fā)生的事情。"

雖然該技術(shù)的商業(yè)化可能還需要幾年時(shí)間，但模擬數(shù)據(jù)最終可能被證明對(duì)開(kāi)發(fā)一個(gè)有效地生產(chǎn)大型準(zhǔn)晶體的生產(chǎn)規(guī)模的過(guò)程很有用。Shahani團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)將使用燒結(jié)技術(shù)，這是一個(gè)眾所周知的工業(yè)過(guò)程，材料通過(guò)熱量和壓力融合在一起。但這是一個(gè)遙遠(yuǎn)的目標(biāo)，但Shahani說(shuō)新的研究開(kāi)辟了一條新的研究途徑，有朝一日可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

目前，Shahani和Glotzer正在一起工作，以了解更多關(guān)于準(zhǔn)晶體缺陷的信息，包括它們?nèi)绾涡纬?、移?dòng)和演變。

關(guān)鍵詞： 自愈現(xiàn)象 商業(yè) 價(jià)值 晶體