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TEM原位熱電一體桿實現(xiàn)對二級相變材料相界的原子尺度準(zhǔn)確可重復(fù)調(diào)控
材料在宏觀尺度和納米尺度上表現(xiàn)出的行為差異很大。近年 來對于二級相變材料在納米尺度上的相變行為的研究也越來越多。但在二級相變材料構(gòu)成的納米單晶中，兩相能否熱力學(xué)穩(wěn)定共存仍不清楚，而這種現(xiàn)象根據(jù)朗道理論嚴(yán)格來說不可能出現(xiàn)于塊體材料中。同時，目前也不清楚能否在二級相變材料中實現(xiàn)原子尺度的操控。而這兩點對于理解納米材料中的相變行為及潛在的納米器件應(yīng)用上都有著至關(guān)重要的作用。
近日，浙江大學(xué)材料學(xué)院張澤院士和*教授（共同通訊作者）與中科院上海硅酸鹽所陳立東、史迅研究員團隊，美國倫斯勒理工學(xué)院張繩百教授，澳大利亞斯威本科技大學(xué)孫成華教授等人合作利用TEM結(jié)合DENSsolutions公司原位熱電一體樣品桿研究了Cu2Se在納米尺寸中的相變特性，在楔形納米單晶中揭示了Cu2Se兩相共存的現(xiàn)象。通過考慮兩相之間的表面能差異和形狀效應(yīng)，建立了熱力學(xué)模型解釋了兩相共存的原因。有趣的是，由于表面與形狀效應(yīng)，二級相變材料在不同的位置表現(xiàn)出不同的相變溫度。作者通過原位熱電一體樣品桿準(zhǔn)確控制加熱溫度實現(xiàn)對相界的原子尺度調(diào)控，隨著溫度按0.5℃溫差的降低和升高，相邊界隨即發(fā)生改變，實現(xiàn)相邊界的可重復(fù)操作。這些發(fā)現(xiàn)將對相變的理解向納米尺度進一步擴展，并為合理調(diào)控納米材料的相變提供了新的思路。
相界隨溫度的遷移：通過TEM原位熱電一體桿（DENSsolutions）對樣品進行準(zhǔn)確地溫度控制，從圖C可以看出，溫度發(fā)生0.2℃的變化，晶界位置就會產(chǎn)生明顯的遷移，隨之不同相的厚度和比例隨之改變，進而宏觀上對材料的整體性能產(chǎn)生影響。這表明，準(zhǔn)確地溫度控制對于晶界的遷移十分重要。
該研究成果以題為“Nanoscale Behavior and Manipulation of the Phase Transition in Single-Crystal Cu2Se”發(fā)表于著名材料期刊Advanced Materials。
可重復(fù)操作的相邊界：通過TEM原位熱電一體桿（DENSsolutions）將加熱溫度進行微小改變，隨溫度升高和降低，相邊界隨之發(fā)生可重復(fù)的改變，而這種準(zhǔn)確地、可重新性的操作是達(dá)成相變可控進而調(diào)控納米材料性能的基礎(chǔ)。
【作者介紹】
浙江大學(xué)陳陸博士，劉軍為共同首要作者，張澤院士和*教授為通訊作者。該工作得到了荷蘭DENSsolutions徐強博士的支持，感謝國家自然科學(xué)基金委對該項目的資助。
*，教授，青年千人。2006年獲中國科學(xué)院物理研究所理學(xué)博士學(xué)位；2006年-2008年：澳大利亞昆士蘭大學(xué)材料系從事博士后研究；2009年-2012年在澳大利亞昆士蘭大學(xué)材料系任ARC項目研究員；2010年-2011年在加州大學(xué)洛杉磯分校電子工程系作訪問學(xué)者；2012年回國加入浙江大學(xué)電子顯微鏡中心張澤院士團隊。*教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組是國內(nèi)早開展大氣壓下環(huán)境電子顯微學(xué)工作的小組之一，目前的研究興趣主要集中在利用先進的原位環(huán)境電鏡技術(shù)在原子尺度近工作環(huán)境中探究溫度/氣體/氣壓對納米材料的表界面結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性能的影響，為納米材料的實際應(yīng)用提供可靠的實驗依據(jù)與創(chuàng)新的解決思路。共發(fā)表140余篇SCI索引論文，并且大部分見于有影響的學(xué)術(shù)期刊，如Nature Materials (1篇), Nature Nanotechnology (3), J. Am. Chem. Soc. (6), Angew. Chem. (6), Phys. Rev. Lett.(2), PNAS (2), Nano Lett. (14), ACS Nano (8), Adv. Mater. (3), Phys. Rev. B(4) 及 Appl.Phys. Lett. (10)。基于ISI Web of Science的統(tǒng)計, SCI文章被累計引用4400余次,H因子為39。
張澤院士，材料科學(xué)專家、晶體學(xué)家。1980年畢業(yè)于吉林大學(xué)物理系。1983年獲中科院沈陽金屬研究所碩士學(xué)位，1987年獲博士學(xué)位?，F(xiàn)為浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授,浙江大學(xué)學(xué)術(shù)委員會主任。近十年來，張澤院士主要利用和發(fā)展現(xiàn)代電子顯微學(xué)方法，原位研究低維納米材料在載荷等外場作用下的結(jié)構(gòu)演變與新異性能間的關(guān)系。自2004年來，張澤院士帶領(lǐng)的研究團隊在透射電子顯微鏡原位力學(xué)性能實驗領(lǐng)域開始了新的探索，發(fā)展了透射電子顯微學(xué)碳支持膜雙傾拉伸及彎曲技術(shù)；在透射電鏡加熱臺基礎(chǔ)上發(fā)展了熱雙金屬驅(qū)動變形納米材料的技術(shù)及一系列傳感器及力驅(qū)動技術(shù)，并將這些自主研發(fā)的先進實驗技術(shù)應(yīng)用于納米線，納米薄膜的原子尺度力學(xué)行為的研究，揭示了硅，碳化硅等功能納米線在納米尺度的超塑性變形及固態(tài)銀納米顆粒的液體行為，在材料的原位結(jié)構(gòu)演變和力學(xué)性能關(guān)聯(lián)的領(lǐng)域取得了一系列重要的創(chuàng)新性成果，獲得了同行的廣泛關(guān)注，在Nature、Science、Nat. Mater.、Nat. Commun.、Nano Lett.、Adv. Mater.、Phys. Rev. Lett.、JACS和Angew. Chem. Int. Edit.等有重要影響的期刊上發(fā)表論文200余篇。目前的主要研究方向為高溫合金與顯微結(jié)構(gòu)。
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