圖1。(1)二十面體準晶的電子衍射斑點。(2)丹·謝赫曼於1982年4月8日發現準晶的筆記。(www . quasi . ia state . edu/discovery . html)。
準晶的發現是20世紀80年代結晶學研究的突破。然而，與常用的晶體金屬材料，如鋼、鋁和銅相比，準晶的實際工程應用非常有限。首要原因是準晶非常脆，在室溫下幾乎沒有塑性，甚至比很多陶瓷還要脆。準晶雖然和晶體類似，也有位錯，但是準晶中的位錯由於相生應變的存在，非常難以滑移，只能通過高溫下擴散引起的位錯滑移來表現塑性。正因如此，從20世紀80年代發現準晶到現在，大部分的研究都是在特定條件下(如:500攝氏度以上或靜水壓力下測試)準晶的力學性能。
圖二。(1)顯示了鋁-鈀-錳的結構；(2) Ho-Mg-Zn十二面體準晶(wikipedia.org？維基？準晶)
近日，多倫多大學材料系鄒宇教授和蘇黎世聯邦理工學院Jeff Wheeler博士研究組合作，利用原位高溫納米力學測試平臺，研究了二十面體準晶Al-Pd-Mn從室溫到500攝氏度的力學行為和相變特性。這項工作發表在最新壹期的《物理評論材料》上。(4程等，Phys. Rev.Materials (2021))第壹作者為多倫多大學博士生程長軍，通訊作者為鄒宇教授。其他作者包括來自瑞士聯邦理工學院的宵遠博士和傑夫·惠勒博士，以及多倫大學的博士生米歇爾·哈奇和劉誌映。
在此之前，2016，鄒宇及其同事通過微納力學在實驗中首次觀察到二十面體準晶Al-Pd-Mn在室溫下的同軸壓縮塑性，發現了室溫下位錯滑移的可能性。(1鄒等.自然通訊7，(2016))
圖3。當樣品尺寸減小到500nm時，二十面體準晶Al-Pd-Mn顯示出良好的塑性。1
同年，它在典型的十面體準晶Al-Ni-Co中具有平移對稱性(壹個方向；另壹個方向不具有平移對稱性)，發現在微納尺度下各向異性顯著降低。(2鄒等，極限力學(2016).此外，他們還探索了十面體準晶Al-Ni-Co在高溫下的微納力學性能。(3鄒等。，哲學雜誌(2016))
圖4。十面體準晶Al-Ni-Co沿不同取向的壓縮試驗2
這項發表在PhysicalReview Materials上的工作，利用微納米力學的方法，觀察和測試了二十面體準晶Al-Pd-Mn在之前沒有人研究過的溫度範圍內的變化。在這項工作中發現了壹些有趣的現象:(1)準晶在室溫到300攝氏度仍然穩定，在300到500攝氏度轉變為多晶(產生了四種新相)，但在500攝氏度以上仍然是準晶；結果表明，準晶在高溫下是熱力學穩定的，在低溫下是動力學穩定的，在中溫下是不穩定的。(2)在300-500攝氏度時，單晶轉變為納米多晶，變形機制由位錯機制轉變為擴散和晶界移動機制；(3)由於表面擴散和蒸發，樣品在高溫下體積變小；(4)變形曲線從低溫下的鋸齒狀變為高溫下的平滑狀。
圖5。準晶的強度和相結構隨溫度的變化
圖6。室溫變形後的TEM照片和元素分布4
圖7。500℃變形後的TEM照片和元素分布
圖8。不同溫度下的樣品體積減少4
參考資料:
1Y。鄒，h .馬，R.Spolenak“小尺度下的超強韌、韌性和穩定的高熵合金”自然通訊6(2015)。doi:10.1038/ncomms 8748。
2Y。鄒，P. Kuczera，W. Steurer，R. Spolenak“小尺度和室溫下十次方準晶中塑性各向異性的消失”極限力學通訊，8 (2016)，229-234。Doi:10.1016
3Y。鄒，J. Wheeler，A. Sologubenko，P. Kuczera，W. Steurer，J. Michler，R. Spolenak“通過微觀熱機械測試橋接十角鋁鎳鈷準晶的室溫和高溫塑性”，Philo sophicalMagazine(2016)，1-23。doi:10.1080/14786435.2016.1234722
程，肖，劉，惠勒，鄒“高溫下二十面體準晶I-Al-Pd-Mn的小尺度塑性和相穩定性研究”物理評論材料(2021)https://doi . org/10.1103/physrevmaterials . 5 . 053602
*感謝論文作者團隊對本文的大力支持。