IT 之家 3 月 1 日消息，中國科學院金屬研究所研究員李秀豔團隊在研究純鉑晶粒時，首次發現了納米尺度下 Kelvin 晶體的存在，并證實 Schwarz 晶體是一種比 Kelvin 晶體更穩定、更普遍的亞穩态結構。
該研究揭示了極小尺寸純鉑晶粒的幾何形狀與穩定性之間的密切關系，爲納米多晶金屬材料的設計與性能優化提供了全新理論框架。
百年理論突破：從 Kelvin 到 Schwarz 的範式轉移
科學家的 Kelvin 猜想，是設想了一種被截去頂角的八面體（截角八面體）形狀的晶粒搭成的多晶材料，就像按照完美圖紙搭好的積木城堡。
長期以來，Kelvin 猜想因其極小面條件及棱邊、頂點處表面張力平衡的特點，被認爲是一種描述金屬中穩定晶粒堆垛的合理方案。基于該猜想構建的多晶材料結構，即 Kelvin 晶體，一直被視爲金屬中唯一可能的穩定形狀。然而，李秀豔團隊的研究挑戰了這一傳統認知。
李秀豔團隊通過冷軋與低溫高壓扭轉技術，将純鉑晶粒細化至不同尺度。透射電鏡顯示，Schwarz 晶體通過高密度孿晶網絡與極小晶界面的協同作用，展現出更強的熱穩定性。
4 納米級：仍保持 Kelvin 晶體銳利棱角特征。這一發現首次在實驗上證實了納米尺度下 Kelvin 晶體的存在。
2-3 納米級：晶界呈現随機流形結構，形成 Schwarz 晶體。這一發現表明，Schwarz 晶體是一種在納米尺度下比 Kelvin 晶體更穩定、更普遍的亞穩态結構。
團隊進一步研究揭示了兩種晶體結構在熱穩定性方面的顯著差異。Schwarz 晶體由于其極小面的晶界與緊密排列的孿晶網絡相結合，能夠有效平衡晶格的各向異性和熱漲落帶來的驅動力，從而顯著提升了結構穩定性。
相比之下，Kelvin 晶體在高溫或熱漲落被放大的情況下，由于其晶界能的各向異性，容易發生失穩。
該研究不僅證實了納米尺度下 Kelvin 晶體的存在，更揭示了 Schwarz 晶體作爲一種更穩定、更普遍的亞穩态結構在納米多晶金屬材料中的重要性。
這一發現對于理解晶粒幾何形狀及其晶界網絡在納米尺度上對穩定多晶金屬的作用具有重要意義，爲納米金屬材料的設計和性能優化提供了新的思路。
相關研究成果已以《納米尺度上晶粒幾何形狀對多晶鉑穩定性的影響》爲題，發表在《物理評論快報》上。IT 之家附論文地址：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.056101
