IT之家 12 月 13 日消息，英国诺丁汉大学与德国乌尔姆大学联合团队首次发现，液态金属中部分原子能保持固定位置，形成可禁锢液体的“原子围栏”，从而创造出兼具液态与固态特性的混合物质。
相关成果已于 12 月 9 日发表在《ACS Nano》上。这一突破将影响制药、航空、电子及清洁能源技术发展。
液态物质的未解之谜
在传统物理学中，物质通常被分为气态、液态和固态三种形态。
相较于结构有序的固体和自由运动的气体，液态原子始终处于高速运动与复杂相互作用中，类似涌动的人群。液态向固态转变的瞬间尤其关键，决定着最终固体的结构与功能特性 —— 从矿物质沉积、冰晶形成到蛋白质纤维折叠均依赖此过程。
为研究这一关键过程，乌尔姆大学的克里斯托弗・莱斯特（Christopher Leist）博士利用该校独有的低电压 SALVE 透射电子显微镜，对金属纳米颗粒进行了原子级观察。
研究人员将铂、金和钯等金属纳米颗粒沉积在原子级厚度的石墨烯基底上，并利用石墨烯作为“加热平台”将颗粒熔化。在高温下，金属原子如预期般开始快速运动。
然而，研究团队意外发现，部分原子在液态金属中始终保持静止状态。这些原子即使在极高温度下，仍牢固地附着在石墨烯中的点缺陷位置。
研究人员随后利用电子束人为增加石墨烯中的缺陷数量，从而首次实现了对液态金属中“静止原子”浓度的精确控制。
“原子围栏”与异常过冷液态
这一控制能力使研究人员得以揭示这些固定原子对凝固过程的影响。实验结果显示，当静止原子的数量较少时，金属仍会形成正常的晶体结构。但当固定原子数量较多，尤其是排列成环状结构时，凝固过程会被显著扰乱。
在这种情况下，液态金属会被这些原子“围住”，形成一种被称为“原子围栏”的结构，使液体能够在远低于正常凝固点的温度下保持液态。
诺丁汉大学的安德烈・赫洛比斯托夫（Andrei Khlobystov）教授指出，这种现象在铂金属中尤为明显。被围困的液态铂可以在低至约 350 摄氏度的条件下仍保持液态，比其通常的凝固温度低超过 1000 摄氏度。
从液体到玻璃态固体
当这种被围困的液态金属最终发生凝固时，并不会形成稳定的晶体结构，而是转变为一种无定形、类似玻璃的非稳定固态。只有当原子级的围困结构被破坏后，金属才会恢复为常规、稳定的晶体形态。
研究人员表示，这是首次在原子层面实现对物质的“围困”效应。此前，类似的限制行为仅在光子和电子等粒子中被观察到。
研究团队认为，这一新型混合态金属的发现具有重要应用潜力。例如，它可能推动高性能自清洁催化剂的设计，提高催化活性和使用寿命。
从更长远来看，该成果有望帮助更高效地利用稀有金属资源，并在清洁能源转换与储存等关键技术领域发挥作用。
IT之家附论文地址：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c08201
]article_adlist–>
<!-- 非定向300*250按钮 17/09 wenjing begin --> <!-- 非定向300*250按钮 end -->
</div>
