通過創(chuàng)造雜化結(jié)構(gòu)集合晶態(tài)與非晶態(tài)的各自優(yōu)勢一直是材料科學(xué)家追求的理想目標(biāo)。北京高壓科學(xué)研究中心(HPSTAR)研究員呂旭杰團(tuán)隊(duì)，采用壓力調(diào)控，首次在單一材料亞晶格尺度上觀察到晶體—非晶雜化態(tài)。相關(guān)研究8月9日發(fā)表于《自然—通訊》。

根據(jù)原子排列是否存在長程周期性，固體一般可分為晶態(tài)和非晶態(tài)。原子之間不同的排列方式及其相互作用使晶態(tài)、非晶態(tài)材料展現(xiàn)出不同的物理和化學(xué)性質(zhì)。晶態(tài)和非晶態(tài)材料各具優(yōu)勢，如何獲得晶體—非晶雜化材料以集成這兩種狀態(tài)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特點(diǎn)是理解其內(nèi)在相互作用機(jī)制的關(guān)鍵，也是新材料設(shè)計(jì)開發(fā)的重要方向。

“晶體和非晶結(jié)構(gòu)在宏觀、介觀尺度上的復(fù)合研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，而更微觀尺度的雜化結(jié)構(gòu)將具有更本征的特性，盡管面臨較大挑戰(zhàn)，但依然亟待我們?nèi)ヌ剿靼l(fā)現(xiàn)。”呂旭杰說，“為此，我們提出一種策略調(diào)節(jié)晶體的化學(xué)鍵層級，這將使基于不同亞晶格的雜化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為可能。”

基于該設(shè)計(jì)思路，研究團(tuán)隊(duì)選擇了具有強(qiáng)化學(xué)鍵層級結(jié)構(gòu)的化合物Cu12Sb4S13，利用壓力調(diào)節(jié)鍵合層次，得到了由自填充的無定形Cu基亞晶格“內(nèi)臟”和堅(jiān)固的晶體框架組成的有序—無序嵌套結(jié)構(gòu)。

“通過晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合分析，我們發(fā)現(xiàn)Sb陽離子的孤對電子起到了重要作用。孤對電子的強(qiáng)靜電斥力將部分銅原子從平衡位置推離，從而產(chǎn)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(tài)，該材料兼具低熱導(dǎo)率和金屬導(dǎo)電率，實(shí)現(xiàn)了兩種相互競爭的物理性能的協(xié)同改善。

關(guān)鍵詞： 亞晶格尺度下晶體 非晶雜化結(jié)構(gòu) 單一材料亞晶格尺度 無序嵌套結(jié)構(gòu)