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东北大学材料学院秦高梧团队发现Laves相新结构

来源:新材料在线|

发表时间:2018-03-16

点击:24546

自20世纪70年代以来,金属间化合物作为新型功能材料和结构材料得到了广泛的研究和发展。而Laves相是金属间化合物中种类最多的一类,其化学配比为AB2,结构中的理想原子半径比为1.225。在钢铁中Laves相通常被认为是有害的脆性相,而Laves相金属间化合物不仅是潜在的航空发动机用高温结构材料,如XCr2铬化物(X为Ti,Nb,Ta,Zr和Hf等,而且还是潜在的巨磁致伸缩材料(如PrFe2稀土合金)和贮氢电极材料(如锆基Laves相)等功能材料。


截止目前,发现的二元Laves相金属间化合物已有360多种,三元Laves相金属间化合物种类超过了900种。但是,从晶体结构上来看,只有C14,C15和C36三种结构,如图1所示。


图1 Laves相的三种晶体结构


最近,东北大学材料学院秦高梧、任玉平团队在Mg-In-Ca体系中发现了时效析出Laves相的新晶体结构,该Laves相呈纳米盘状,沿[0001]P方向原子呈周期性排列,但是在(0001)P基面上不具有晶体的平移对称性,而是由两个基本结构单元按照Penrose几何密堆组合而成。相关的研究结果发表在最近一期的Physical Review Letters期刊上,论文第一作者为博士生谢红波。(New Structured Laves Phase in the Mg-In-Ca System with Nontranslational Symmetry and Two Unit Cells,Phys. Rev. Lett.120(2018)085701)。


该Laves纳米析出相成分为(Mg, In)2Ca,具有类似于 C14 Laves 相结构(hcp, space group: P63/mmc, a = 6.25 Å, c = 10.31 Å),沿[0001]P方向以ABABAB……周期排列,如图2所示。但是在(0001)P基面上,原子的排列以两个基本单元(图3c-d)进行几何密堆。两种基本单位可以构造5种不同的几何图案,但是没有晶体通常的平移对称性,严格来讲,不属于晶体范畴,也异于已发现的准晶结构。这种新结构相的发现,不仅为高强镁合金的设计提供了新的思路,更重要的是,丰富了凝聚态物质结构,为未来新型功能材料的研发奠定了基础。但是,如何在数学上建模描述,进而进一步揭示其本征力学特性与物理特性,依然是未来研究的难点。


图2 Mg-1.5In-0.5Ca 合金经过200 ºC,24 h时效析出的(Mg, In)2Ca纳米相,电子束平行于α。


图3 (Mg, In)2Ca Laves 相(0001)P基面的球差电镜照片(a),发现的5种几何构型;(b)模拟的原子排列图;(c)和(d)是两种基本结构单元。


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