Nature盤點: 4月材料領域重大進展

科學研究的腳步一直在悄然前進，4月材料領域研究又有著新突破，金屬、新能源以及基礎理論等方面都有著重大的進展，簡要看看Nature期刊所刊登的重大科研成果吧！

1、Nature: 雙相納米結構鑄就史上最強鎂合金

法國國家科技科學院院士、香港城市大學副校長呂堅（通訊作者）等人通過磁控濺射法將直徑約6 nm的MgCu2晶粒均勻地嵌入約2 nm厚的富含鎂的無定形殼中，生產獲得具有非晶/納米晶雙相結構的鎂基超納尺寸雙相玻璃晶（SNDP-GC）。該雙相材料結合并加強了納米晶材料與非晶納米材料的優勢，在室溫下表現出接近理想強度，并且解決了樣品尺寸效應問題。所制成的鎂合金體系是由埋在無定型玻璃殼中的納米晶核組成，所得雙相材料的強度是近乎理想的3.3 GPa，這也是迄今為止強度最大的鎂合金薄膜。

文獻鏈接：Dual-phase nanostructuring as a route to high-strength magnesium alloys(Nature, 2017, DOI: 10.1038/nature21691)

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2、Nature: 首次利用Pt/α-MoC催化劑實現低溫甲醇/水反應產氫

北京大學馬丁與中國科學院大學周武、山西煤化所溫曉東以及大連理工大學石川（共同通訊作者）等人研制了雙功能Pt/MoC甲醇液相重整制氫復合催化劑體系，利用程序升溫滲碳工藝將甲烷和氫氣同各種前驅體混合在一起，制成多種鉑改性的碳化鉬催化劑。與β-Mo2C相比，α-MoC和鉑的相互作用更加強烈，使得高溫活化過程中鉑在α-MoC表面處于一種原子級分散態，產生一個極高密度的電子-缺陷表面Pt位點，可吸附/活化甲醇。同時，α-MoC表現出極高的水解離活性，在反應過程中產生豐富的表面羥基，加速鉑與α-MoC界面處反應中間體的重整。

文獻鏈接：Low-temperature hydrogen production from water and methanol using Pt/α-MoC catalysts(Nature, 2017, DOI: 10.1038/nature21672)

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3、Nature: 最低晶格錯配與高密度納米析出相聯手打造超強鋼！

北京科技大學呂昭平教授（通訊作者）課題組通過創新超高強度鋼的合金設計理念，發展了超強韌的高密度有序Ni(Al,Fe)納米顆粒強化高性能新型馬氏體時效鋼。新型超高強韌鋼的強化基于最低錯配度下獲得最大程度彌散析出和高剪切應力的創新思想，一方面通過“點陣錯配度最小化”，顯著降低金屬間化合物顆粒析出的形核勢壘，促進顆粒均勻彌散分布，顯著提高強化顆粒的體積密度和熱穩定性，低錯配度共格界面結合小尺度有效緩解增強顆粒周邊微觀彈性畸變，改善材料宏觀均勻塑性變形能力；另一方面，引入“有序效應”作為主要強化機制，有效阻礙位錯對增強相顆粒的切過作用，從而獲得優異綜合性能的新型馬氏體時效鋼。

文獻鏈接：Ultrastrong steel via minimal lattice misfit and high-density nanoprecipitation（Nature，2017，DOI：10.1038/nature22032）

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4、Nature: 通過石墨烯實現遠距離外延生長，高效高質量的轉移二維材料！

麻省理工學院 (MIT) Jeehwan Kim (通訊作者) 等人報道了在石墨烯夾層存在下，仍可實現在GaAs基底上同質外延生長GaAs層的工作。通過密度泛函理論計算發現在一定距離內，兩GaAs晶面間隙中仍存在電子分布。且實驗結果表明，石墨烯較弱的范德華勢不能完全屏蔽基底和外延層間的相互作用，從而實現了在單層石墨烯夾層存在下遠距離同質外延生長GaAs，InP和GaP。該方法生長的GaAs等材料為高質量單晶，且石墨烯夾層的存在使外延層可以快速完整的從基底剝離。用該方法制備的AlGaInP-GaInP 雙異質結LEDs的性能也可與直接在GaAs基底上外延生長制備的LEDs相匹敵。

文獻鏈接：Remote epitaxy through graphene enables two-dimensional material-based layer transfer (Nature, 2017, DOI: 10.1038/nature22053)

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5、Nature: 沉積過程中光對鈣鈦礦膜成核及形貌的影響

瑞士洛桑聯邦理工學院Michael Gr?tzel教授（通訊作者）等人報道了光照對金屬鹵化物（碘化鉛）和有機化合物（甲基碘化銨）反應的影響。采用兩步連續沉積的形式，先沉積結晶形成碘化鉛薄膜樣品，再將所獲得的碘化鉛薄膜樣品浸泡在甲基碘化銨(MAI)溶液中制成鈣鈦礦。并利用共焦激光掃描熒光顯微鏡和掃描電子顯微鏡對整個反應進行了觀察，發現光可以加速連續沉積法中鈣鈦礦的形成，并能影響鈣鈦礦膜的形貌使電池的效率提升一倍。與此相反，在通過反溶劑法一步形成鈣鈦礦膜的過程中，研究人員發現當在黑暗環境中，生長的鈣鈦礦薄膜能使電池獲得最佳的光伏性能。結果表明光線對于目前使用的主要沉積方法（連續沉積法和反溶劑法）中的鈣鈦礦的形成速率和膜形貌有很大的影響。

文獻鏈接：The effect of illumination on the formation of metal halide perovskite films (Nature, 2017, DOI: 10.1038/nature22072)

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6、Nature: 3D打印透明石英玻璃

德國卡爾斯魯厄理工學院的Bastian E. Rapp（通訊作者）等人提出了“液體玻璃”的系統，即將優良的玻璃粉末分散在適宜液體中，形成懸浮液。3D打印機便可對此納米復合材料直接加工，再經過熱處理，除去多余部分，即可得到各種形狀的玻璃，其精度只受3D打印機準確度的影響。這種打印的石英玻璃無孔，透明性好且表面光滑。通過摻雜金屬鹽，可得到各種顏色的玻璃制品。

文獻鏈接：Three-dimensional printing of transparent fused silica glass （Nature, 2017, DOI:10.1038/nature22061）

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7、Nature: 二維分子晶體本征鐵磁性的發現！

美國加州大學伯克利分校的張翔院士（美國國家工程院院士、臺灣中央研究院院士）、雷干城院士（美國國家科學院院士、美國藝術與科學學院院士）和Jing Xia（共同通訊作者）等人借助掃描磁光克爾顯微鏡揭示了Cr2Ge2Te6原子層中本征的長程鐵磁有序性。在這個軟磁、二維分子鐵磁體材料中，利用很小的磁場（小于0.3 T），首次實現了對轉變溫度（鐵磁和順磁狀態間發生轉變時的溫度）的調控，與磁場下、三維體系材料轉變溫度的不敏感性有明顯的對比。同時發現施加非常小的磁場時，較不施加狀態的磁晶各向異性，將會導致更大的有效各向異性，開放更大的自旋波激發間隙。利用重整化的自旋波理論對所觀察到的現象進行分析，推斷在二維鐵磁分子晶體中，轉變溫度與磁場間的關系是其本征的特異性。

文獻鏈接：Discovery of intrinsic ferromagnetism in two-dimensional van der Waals crystals（Nature，2017，DOI：10.1038/nature22060）

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8、Nature: 原子線表面光激結構轉變

杜伊斯堡-埃森大學M. Horn-von Hoegen（通訊作者）等人報道了負載在Si表面的原子In線在光激發下，350飛秒內就會發生了電荷密度波從低到高對稱態的轉變。光激發作用下，打斷和生成In-In鍵，導致軟聲子的非熱激發，這些軟聲子與多種由Si表面對稱破裂引起的表面和界面聲子耦合，在臨界阻尼核運動限上驅動了結構轉變。這個發現證實了小心調控電子激發可產生不均衡的能量表面從而在量子限度，界面上驅動結構動力學發生。

文獻鏈接：Optically excited structural transition in atomic wires on surfaces at the quantum limit（Nature，2017，DOI：10.1038/nature21432）

9、Nature: 利用三維分區模型預測晶體生長

曼徹斯特大學Michael W. Anderson（通訊作者）等人提出利用動力學三維分區模型以理解，并從理論上預測不同類型晶體生長，包括缺陷結構的摻入、結晶習性和表面拓撲的同步分子尺度模擬。這將結構劃分為自然構建和瞬時出現的亞穩態泰森多邊形。這些單元適配于通過蒙特卡洛算法得出的晶體重構。這個方法對于預測不同晶體類型，包括沸石、MOF、方解石、廖蘇和L-胱氨酸等的晶體生長都是有效的。

文獻鏈接：Predicting crystal growth via a unified kinetic three-dimensional partition model（Nature，2017，DOI：10.1038/nature21684）

本文由材料人學術組大黑天供稿，材料牛編輯整理。

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