Science｜通过几何失配应变设计和合成纳米晶粒

　　与晶界相关的拓扑缺陷(GB缺陷)对纳米晶材料的电学、光学、磁性、力学和化学性质的影响是众所周知的。然而，通过实验来阐明这种影响是困难的，因为晶粒通常表现出大范围的尺寸，形状和随机的相对取向。加州大学伯克利分校A. Paul Alivisatos联合韩国首尔国立大学Taeghwan Hyeon教授等人证明了对胶体多面体纳米晶体的异质外延进行精确控制可以使晶粒有序生长，从而可以生产出具有均匀GB缺陷的材料样品。用包含Co3O4纳米立方核的多颗粒纳米晶体来说明这个方法，该核在每个面上都带有Mn3O4壳。各个壳是与对称性相关的相互连接的晶粒，相邻四方Mn3O4晶粒之间的大几何错位导致在Co3O4纳米立方核的锋利边缘处形成倾斜边界，这些倾斜边界通过错位连接。研究确定了控制这些高度有序的多晶粒纳米结构生产的四个设计原则。首先，衬底纳米晶体的形状必须指导过度生长相的晶体学取向。其次，衬底的尺寸必须小于位错之间的特征距离。第三，过度生长相与基底之间的不相容对称性增加了晶粒之间的几何杂波应变。第四，对于在接近平衡条件下形成GB的情况，需要通过配体钝化增加的弹性能来平衡壳的表面能。利用这些原理，可以长出一系列包含明显GB缺陷的多晶粒纳米晶体。相关研究以“Design and synthesis of multigrain nanocrystals via geometric misfit strain”为题目，发表在Science上。DOI: 10.1038/s41586-019-1899-3

　　图Co3O4纳米立方体上Mn3O4晶粒的外延生长和间隙闭合