Science｜通過幾何失配應變設計和合成納米晶粒

　　與晶界相關的拓撲缺陷(GB缺陷)對納米晶材料的電學、光學、磁性、力學和化學性質的影響是眾所周知的。然而，通過實驗來闡明這種影響是困難的，因為晶粒通常表現出大范圍的尺寸，形狀和隨機的相對取向。加州大學伯克利分校A. Paul Alivisatos聯合韓國首爾國立大學Taeghwan Hyeon教授等人證明了對膠體多面體納米晶體的異質外延進行精確控制可以使晶粒有序生長，從而可以生產出具有均勻GB缺陷的材料樣品。用包含Co3O4納米立方核的多顆粒納米晶體來說明這個方法，該核在每個面上都帶有Mn3O4殼。各個殼是與對稱性相關的相互連接的晶粒，相鄰四方Mn3O4晶粒之間的大幾何錯位導致在Co3O4納米立方核的鋒利邊緣處形成傾斜邊界，這些傾斜邊界通過錯位連接。研究確定了控制這些高度有序的多晶粒納米結構生產的四個設計原則。首先，襯底納米晶體的形狀必須指導過度生長相的晶體學取向。其次，襯底的尺寸必須小于位錯之間的特征距離。第三，過度生長相與基底之間的不相容對稱性增加了晶粒之間的幾何雜波應變。第四，對于在接近平衡條件下形成GB的情況，需要通過配體鈍化增加的彈性能來平衡殼的表面能。利用這些原理，可以長出一系列包含明顯GB缺陷的多晶粒納米晶體。相關研究以“Design and synthesis of multigrain nanocrystals via geometric misfit strain”為題目，發表在Science上。DOI: 10.1038/s41586-019-1899-3

　　圖Co3O4納米立方體上Mn3O4晶粒的外延生長和間隙閉合