具有独特的六方晶相的超薄金纳米带表现出类似液体的行为

香港城市大学(CityU)最近进行的一项研究发现，具有独特六角形(4H型)晶相的超薄金纳米带在加热下表现出“类液体”的行为，但其六角形晶体结构保持稳定。这提供了对这种新型金属纳米材料的热稳定性的见识，并促进了未来实际应用的发展。

由于其特征尺寸小于10nm，超薄金属纳米结构具有与块状金属和规则金属纳米结构不同的良好特性。它们被认为是未来纳米电子学和催化的有希望的载体。特别是，具有不寻常的亚稳态六方相(4H型)相的超薄金纳米带，首先是由张华教授在较早的研究中报道的。张华教授目前在CityUin的化学系纳米材料讲座教授Herman Hu教授，2015年在等离激元和催化应用中具有更高的潜力电催化氢析出反应要比通常的金纳米结构具有面心立方(FCC型)相。但是这些应用涉及反应和在高温下的功能，

最近，由城市大学机械工程系副教授陆阳博士和张教授共同领导的研究团队与麦吉尔大学的研究人员合作，通过先进的原位透射电子显微镜成功揭示了超薄4H金纳米带在高温下的热响应。 (TEM)技术。

形状变化，但在适度加热下仍保持结晶相

在低于400K的中等电子束辐照加热下，“ 4H超薄金纳米带”出现“瑞利不稳定性”，但4H晶相保持稳定。

根据研究小组的发现，在通过受控电子束辐照在400K(约127°C)下适度加热数十分钟后，4H金纳米带的几何形状发生了明显的变化-从光滑的形状变为正弦形。

这种形状变化被称为“高原-瑞利不稳定性”，最初是指下降的液体流倾向于使它们的表面积最小化，并因此由于表面张力而分裂成稳定的液滴流。正弦形状是流分裂成液滴的中间阶段。

陆博士说：“瑞利不稳定性现象最初是在流体中发现的，但最近在高温下加热的某些金属纳米结构中才发现。然而，对于本研究中的4H金纳米带，瑞利不稳定性现象是在较低的加热温度下观察到的。” 他进一步阐述说：“纳米级金属结构中原子扩散的增加和表面能的优化是其瑞利不稳定性几何演化的主要机制。在这种情况下，对于尺寸小于10nm的超薄纳米金属，表面原子占据相对较大的比例。因此，与更大(或更大)尺寸的金属结构相比，表面原子的扩散对其整体形状的影响要大得多。

研究小组还发现，金纳米带的带状形状通常具有加热后变成圆柱形的趋势，这是纳米带样品的独特特征，以便在保持恒定总体积的同时减少表面积。

电子束辐照前后形状演变的示意图。可以推测，在瑞利不稳定过程中，表面金原子将扩散并向厚度方向迁移，以使表面积最小化。因此，厚度，即颈缩部分(t1)和凸出部分(t2)都增加了。图片来源：香港城市大学

但是，使团队感到惊讶的是，尽管它具有瑞利不稳定性的类似液体的变形行为，但金纳米带的4H亚稳相是稳定的，在整个适度加热过程中保持固态晶体结构，没有任何相变。陆博士说：“它处于固态和液态的有趣状态，内部原子保持周期性的晶体有序结构，但其表面原子可以像液体一样快速大规模流动并改变其几何形状。”

卢博士认为，这是首次在超薄金纳米带中观察到高原-瑞利不稳定性，这在其他超薄金属纳米结构中也可能是普遍现象。

研究团队进一步研究了4H金纳米带在更高温度下的相稳定性。他们观察到，当温度为800K(约527°C)时，金纳米带开始逐渐从4H转变为面心立方(FCC)相。温度的进一步升高加速了相变。当温度升至约900K(约627°C)时，整个纳米带几乎完全转变为FCC相。随着温度下降，相变是不可逆的。

张教授说：“这一发现使人们对具有独特的4H相的超薄金纳米结构的性质和热稳定性有了更好的了解。这将促进纳米电子，等离子和催化等涉及高温操作的未来实际应用的发展。” 。

该团队将扩大对其他贵金属(如铂)的超薄纳米结构性质的研究，以探索更多的应用潜力。

该研究结果发表在名为《超薄4H六角形金纳米带的热效应和瑞利不稳定性》的科学杂志Matter上。

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