近日，中國科學院金屬研究所鈦合金研究部聯合美國太平洋西北國家實驗室以及密歇根大學等合作單位，采用高分辨原位透射電鏡和分子動力學模擬方法，在原子尺度揭示了兩種五重孿晶的形成機理。相關研究成果1月3日在線發表于《科學》。
據論文共同第一作者、中科院金屬所助理研究員周剛介紹，作為一種重要的孿晶結構，五重孿晶在晶體生長、生物醫學、光學和催化等領域均有著廣泛的應用。比如，五重孿晶結構所引入的晶格畸變可以增加納米線的楊氏模量；五重孿晶銅納米線在還原二氧化碳制備甲醇的過程中表現出優異的催化性能等。
盡管自G. Rose1831年在金中發現五重孿晶以來，科研人員已在近百種材料中發現了五重孿晶結構并開展了大量的基礎和應用研究，但由于無法在原子尺度直接觀察形成過程，其形成機理至今仍無定論。
此次研究人員發現，在約3納米的金、鉑和鈀納米顆粒的聚集生長過程中，納米顆粒可以通過顆粒間的取向粘附形成起始的兩個孿晶界面，然后經原子表面擴散和高能晶界形成及分解（機理1）或不全位錯的滑移（機理2）形成五重孿晶結構。兩種形成機理主要取決于顆粒取向粘附后所形成表面結構。如果經取向粘附后，形成的凹面夾角接近90°，則為機理1；如果形成的凹面夾角接近150°，則為機理2。