在前面我們梳理了近年來頻繁在NS上出現的鈣鈦礦和石墨烯，今天我們整理金屬類的NS.

1.science：梯度納米孿晶金屬強度和硬度的同步增強

來自美國布朗大學的高華健和中科院沈陽金屬所的盧磊研究員（共同通訊）聯合在Science上發文，題為“Extra strengthening and work hardening in gradient nanotwinned metals”。作者研究了純銅中具有高度可調結構梯度的梯度納米孿晶結構的機械性能。較大的結構梯度允許優異的硬度和強度，機械性能優于梯度結構中的任一組分。作者通過系統實驗和原子模擬發現，這種不尋常的行為是由晶粒內部超高密度位錯的獨特圖案提供的。這些觀察結果不僅揭示了梯度結構，也可能為通過梯度設計改善材料的機械性能指明了一條有希望的途徑。

文獻鏈接：Extra strengthening and work hardening in gradient nanotwinned metals, (Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aau1925)

文章詳情：中科院沈陽金屬所&美國布朗大學今日Science：梯度納米孿晶金屬強度和硬度的同步增強

2.science：單鏈限制一維過渡金屬三硫族化物NbSe3的合成

在美國加州大學伯克利分校 、勞倫斯伯克利國家實驗室Alex Zettl教授（通訊作者）的帶領下，與分子鑄造和人工光合作用聯合中心合作，報道了在一個鏈限制內的一維過渡金屬三硫族化物NbSe₃的合成，包括實現分離的單鏈，鏈被包封在保護性氮化硼納米管（BNNT）或碳納米管（CNT）外殼中?？臻g限制促進并穩定亞晶胞NbSe₃的生長，直至三重，雙重甚至單原子鏈。封裝還可以保護鏈條免受環境氧化，并且易于處理和表征。鏈條在管內可移動。即使在單鏈限制下，也觀察到具有規則周期性的不尋常的螺旋扭轉波。電子結構理論計算表明NbSe₃的電子能帶結構高度依賴于鏈數和方向，扭轉波的不穩定性是由鏈的充電驅動的。在鏈和納米管鞘之間發現非常少的共價鍵合，導致包封鏈的相對不受阻礙的縱向和扭轉動力學。相關成果以題為“Torsional instability in the single-chain limit of a transition metal trichalcogenide”發表在了Science上。

文獻鏈接：Torsional instability in the single-chain limit of a transition metal trichalcogenide（Science, 2018, DOI：10.1126/science.aat4749）

文章詳情：今日Science：巧妙利用納米管促進過渡金屬硫族化物鏈狀生長！！！

3.nature：范德瓦爾斯金屬半導體結的創建

北京時間2018年5月17日，Nature在線發表了加州大學洛杉磯分校的段鑲鋒教授、黃昱教授（共同通訊作者）團隊題為“Approaching the Schottky–Mott limit in van der Waals metal–semiconductor junctions”的文章，研究報道了范德瓦爾斯金屬半導體結的創建，金屬薄膜被層壓到二維半導體上而沒有直接的化學鍵合，形成基本上不受化學無序和固定費米能級約束的界面。肖特基勢壘高度接近肖特基-莫特極限，由金屬的功函數決定，因此高度可調。通過轉移具有與MoS₂價帶邊緣匹配的功函數的金屬膜（Ag或Pt），獲得了在室溫下具有兩端電子遷移率260cm²/V·S和空穴流動性175cm²/V·S的晶體管。此外，通過使用具有不同功函數的不對稱接觸對，研究展示了開路電壓為1.02V的Ag-MoS₂-Pt光電二極管。不僅在實驗上驗證了理想金屬半導體連接點的基本極限，而且還定義了可用于高性能電子和光電子的金屬集成的高效無損的策略。

文獻鏈接：Approaching the Schottky–Mott limit in van der Waals metal–semiconductor junctions（Nature,2018,DOI: 10.1038/s41586-018-0129-8）

文章詳情：段鑲鋒黃昱夫婦最新Nature大作：范德瓦爾斯金屬-半導體結逼近肖特基-莫特極限

4.Science：低溫下由塑性變形產生的純銅中的納米級晶粒顯示出顯著的熱穩定性

中科院沈陽金屬研究所盧柯研究員和李秀艷研究員團隊（共同通訊作者）在science發表了題為“Enhanced thermal stability of nanograined metals below a critical grain size”的文章。研究團隊使用純度為99.97％，表面為粗晶的不含氧的Cu棒，在液氮溫度下使用表面機械研磨處理（SMGT）以產生梯度納米表面層。形成平均尺寸為?40±2 nm和長徑比為1.7的隨機取向晶粒。TEM測量發現橫向晶粒尺寸隨著深度增加而逐漸增加，橫截面晶粒平均尺寸為70 nm左右；150 μm處，橫截面晶粒平均尺寸為200nm左右。觀察到變形的晶粒結構粘附在150-500μm深度跨度的無變形核心上。在純Cu或Ni中，GB向低能態的自發結構演變，導致納米晶粒顯著的熱穩定性，其表觀不穩定溫度甚至高于粗晶粒。研究表明：低溫下由塑性變形產生的純銅或鎳中的納米級晶粒在臨界晶粒尺寸以下顯示出顯著的熱穩定性。因為塑性變形中部分位錯的活化使納米晶粒之間形成低角度晶界，導致納米晶晶界自動從高能態演變到低能態，從而增強熱穩定性。

文獻鏈接：Enhanced thermal stability of nanograined metals below a critical grain size（Science，DOI: 10.1126/science.aar6941）

文章詳情：盧柯最新Science：金屬納米晶晶粒尺寸越小于臨界尺寸，居然熱穩定性越高?。。?/a>

文章詳情：今日Nature：厲害！一招把2D金屬硫化物合遍了元素周期表

6.nature：鐵磁kagome金屬中發現有質量的狄拉克費米子

北京時間2018年3月20日，Nature在線發表麻省理工學院Joseph G. Checkelsky、Riccardo Comin（共同通訊）等人題為“Massive Dirac fermions in a ferromagnetic kagome metal”的文章，該團隊研究了d電子kagome金屬Fe₃Sn₂，其設計用于在存在鐵磁有序的條件下證明了有質量的狄拉克費米子。實驗觀察到一個與溫度無關的固有異?；魻栯妼剩撾妼食掷m高于室溫，這表明kagome平面的時間反轉對稱性破裂電子帶顯著突出Berry曲率。利用角分辨光電子能譜，觀察到費米能級附近的一對準二維狄拉克錐，質量間隙為30毫電子伏，這對應于產生貝里曲率誘導霍爾電導率的大量狄拉克費米子。表明這種行為是鐵磁狀態下雙層kagome晶格的基本對稱性和原子自旋軌道耦合的結果。這項工作提供了一個鐵磁kagome金屬的證據和相關電子系統中出現的拓撲電子性質的例子。

文獻鏈接：Massive Dirac fermions in a ferromagnetic kagome metal（Nature,2018,DOI:10.1038/nature25987）

7.Nature:高熵合金納米顆粒（HEA-NP）

北京時間2018年3月30日，Science在線發表馬里蘭大學胡良兵、伊利諾伊大學芝加哥分校Reza Shahbazian-Yassar,、約翰霍普金斯大學Chao Wang、麻省理工大學Ju Li（共同通訊）等人題為“Carbothermal shock synthesis ofhigh-entropy-alloy nanoparticles”的封面文章。該研究通過熱沖擊負載在碳載體上的前體金屬鹽混合物[溫度?2000K，55毫秒的持續時間，?10⁵K每秒的速率]。提出了通過將八種不同元素合金化成單相固溶體納米顆粒（通常稱為高熵合金納米顆粒（HEA-NP）。通過控制碳熱激發（CTS）參數（底物，溫度，沖擊持續時間和加熱/冷卻速率）來合成具有期望的化學（組成），尺寸和相（固溶體，相分離）的寬范圍的多組分納米顆粒。為了證明實用性，實驗人員合成了五元HEA-NPs作為氨氧化催化劑，其具有?100％轉化率和> 99％的氮氧化物選擇性。本文第一作者是姚永剛，同期印第安納大學布盧明頓分校Sara E. Skrabalak做了題為“Mashing up metals with carbothermal shock”的perspective，Science也作為this week in science重點報道。

文獻鏈接：Carbothermal shock synthesis of high-entropy-alloy nanoparticles（Science,2018,DOI:10.1126/science.aan5412）

文章詳情：胡良兵Nature時隔一月又發Science封面：合成八種元素的高熵合金

8.nature：與疲勞歷史無關的納米孿晶金屬循環響應

2017年10月30日，Nature在線發表了中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家(聯合)實驗室盧磊研究員研究組和美國布朗大學高華健教授（共同通訊）等人題為“History-independent cyclic response of nanotwinned metals”的文章，通過在低于金屬拉伸強度的應力幅值下的原子模擬和拉-壓變幅應變控制疲勞實驗，報道了含有高度取向的納米孿晶塊體純銅樣品中與疲勞歷史無關的穩定循環響應。實驗證明這種不尋常的循環行為是由相鄰的“項鏈”位錯引起的，這種錯位由孿晶中多個短的位錯構成，如項鏈的連接。這種位錯在循環載荷作用下在高度取向的納米孿晶結構中形成，并且有助于保持雙邊界的穩定性和可逆損傷，條件是納米孿晶在加載軸線的約15度內傾斜。這種循環變形機制與單晶，粗粒，超細晶粒和納米金屬晶粒中不可逆顯微結構損傷相關的常規變形機制是截然不同的。

文獻鏈接：History-independent cyclic response of nanotwinned metals（Nature,2017,DOI:10.1038/nature24266 ）

文章詳情：金屬所盧磊Nature：與疲勞歷史無關的納米孿晶金屬循環響應

9.science：基于液態金屬的反應路線獲得的2D材料

北京時間2017年10月20日，Science在線發表了皇家墨爾本理工大學Kourosh Kalantar-zadeh、Torben Daeneke（共同通訊）團隊題為“A liquid metal reaction environment for the room-temperature synthesis of atomically thin metal oxides”的文章。文章指出雖然二維（2D）氧化物在電子和其他技術中具有廣泛的應用，但是許多氧化物通過常規方法不容易合成2D材料。該團隊使用無毒的共晶鎵基合金作為反應溶劑，并將合金化的所需金屬加入到熔體中。在熱力學角度上，預測了自限界面氧化物的組成。同時，無論是在基底上還是在懸浮液中都將表面氧化物作為2D層分離，實驗發現其能夠產生出非常薄的亞納米級的HfO₂，Al₂O₃和Gd₂O₃。基于液態金屬的反應路線可以用于產生以前不能用常規方法獲得的2D材料，將室溫液態金屬作為低維度氧化物納米材料合成的反應環境為獲取2D材料的方法又添一利器。

文獻鏈接：A liquid metal reaction environment for the room-temperature synthesis of atomically thin metal oxides（Science,2017,DOI:10.1126/science.aao4249）

文章詳情：Science:液態金屬:雖沒成為“終結者”，但我開拓了納米材料合成新方法呀！

10.Nature: 分子動力學模擬探測金屬塑性極限

北京時間2017年9月28日，Nature在線發表了美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室Vasily V. Bulatov（通訊作者）等人題為“Probing the limits of metal plasticity with molecular dynamics simulations”的文章，該團隊在體心立方金屬鉭中展示了單晶可塑性的全動態原子模擬。其目標是量化達到脫位介導的塑性極限條件，并闡釋金屬超過這種限制會發生什么。在恒定壓力，溫度和應變速率的條件下，金屬在其[001]晶軸的超高應變速率下被壓縮。為了解決研究中長度尺度（85-340nm）和時間尺度（1ns-1μs）晶體可塑性過程的復雜性，本研究使用了最近開發的原位計算顯微鏡的方法將模擬中生成的大量瞬態軌跡數據重寫為可以由人為分析的形式。通過模擬可以預測：在達到應變的某些限制條件時，單獨的位錯不再能夠緩解機械載荷;相反另一種變形機制——通常稱為變形孿晶，成為代替其動態響應的主要模式。在這個極限以下，只要其后的應變狀態保持不變，金屬呈現塑性流動與應變路徑無關的穩定狀態，其中流動應力和位錯密度保持恒定。在這種狀態下，鉭流動如粘稠流體同時保持其晶格的強度。

文獻鏈接：Probing the limits of metal plasticity with molecular dynamics simulations（Nature,2017,DOI:10.1038/nature23472）

文章詳情：Nature: 分子動力學模擬探測金屬塑性極限

11.science：金屬鋰基態真實結構為基態為面心立方（FCC）

美國猶他大學Shanti Deemyad課題組在Science上發表了題為“Quantum and isotope effects in lithium metal” 的文章。研究人員通過使用同步輻射X射線衍射及密度泛函理論與分子動力學相結合的多尺度模擬，證明了過去廣泛認可的馬氏體基態為亞穩態，真實的基態為面心立方（FCC）。在相似的熱路徑下，鋰的同位素在馬氏體轉變溫度下表現出相當大的差異。作為結構由量子效應主導的氦和質量較高元素之間的金屬中間體，鋰展現出了核量子力學效應。

文獻鏈接： Quantum and isotope effects in lithium metal（Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aal4886）

文章詳情：重磅！Science: 科學家首次揭示金屬鋰基態真實結構 澄清70年錯誤認識！

12.Science：利用嵌段共聚物模擬金屬相變過程

美國明尼蘇達大學的Frank S. Bateshe和Kevin D. Dorfman（共同通訊作者）等在Science上發表了題為“Thermal processing of diblock copolymer melts mimics metallurgy”的文章，他們通過利用低分子量的聚丙交酯（PLA）和較大烷基鏈嵌段二嵌段聚合物的小角度X射線散射（SAXS）實驗揭示了低于無序轉變溫度時Frank-Kasper（FK）相和準晶相的形成。BCC晶格可通過一個晶格取一個點來進行表征，而FK相包含具有2個或多個結晶位點的大單位晶胞，可以形成多個粒度和形狀，因此可以通過其來模擬金屬合金的溫度響應形成過程。從無序狀態到有序狀態和有序階段的轉變需要傳質，因此通過不同的熱處理方式可以實現長時間亞穩存在狀態。通過這一方式可以很好的再現冶金工業中常用技術生產過程。

文獻鏈接:Thermal processing of diblock copolymer melts mimics metallurgy（Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aam7212）

文章詳情：Science：利用嵌段共聚物模擬金屬相變過程

13.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，其中抗拉強度不低于2.2GPa，拉伸塑性不低于8% 。新型超高強韌鋼的強化主要是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，即一方面通過“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，并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。除此之外，新型超強韌馬氏體時效鋼通過采用Al元素代替傳統馬氏體時效鋼中昂貴的合金元素，可添加傳統馬氏體時效鋼所避免的C元素，初步實現了高端鋼鐵材料的制備工藝簡化和低成本的目標，不但有力地推動該類材料的實際工程應用，同時為新型超高強度材料的發展打開了新的研究思路。該最新研究成果發表在2017年4月10日Nature上，題目“Ultrastrong steel via minimal lattice misfit and high-density nanoprecipitation”。

14.Nature:雙相納米結構鑄就史上最強鎂合金

北京時間2017年4月6日，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)研究團隊于Nature上在線發表一篇題為“Dual-phase nanostructuring as a route to high-strength magnesium alloys”的文章。該科研團隊研制了雙相納米晶結構的鎂合金材料，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。研究團隊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。同時，研究者提出了一種由本構模型組成的強度增強機制，在材料制備過程中形成了一個由直徑約6 nm且幾乎無位錯的晶粒組成的結晶相，當應變發生時該結晶相阻止了局部剪切帶的移動傳播，在任何已出現的剪切帶內，嵌入的晶粒分裂和旋轉，也有利于材料強化和抵抗剪切帶的軟化效果。

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

文章詳情：香港城市大學呂堅最新Nature: 雙相納米結構鑄就最強鎂合金

15.Science: 貴金屬與過渡金屬碳化物自組裝構建核殼結構高效電催化劑

MIT的Sean T. Hunt 等人報道了使用模板法制備出單原子層的貴金屬負載與過度金屬碳化物表面的核殼結構催化劑。首先將貴金屬鹽和過度金屬氧化物包裹在SiO₂模板內，然后進行分步碳化處理，最后去除SiO₂模板，制備出在過渡金屬碳化物表面負載單層貴金屬核殼結構催化劑，該催化劑表現出了超高的電催化活性與穩定性。

原文鏈接：Self-assembly of noble metal monolayers on transition metal carbide nanoparticle catalysts

文章詳情：Science: 貴金屬與過渡金屬碳化物自組裝構建核殼結構高效電催化劑

16.Nature：兼具金屬導電性和絕緣體極性的“極性金屬”

美國威斯康星大學Kim等人結合理論和實驗首次在二維薄膜上，實現了設計極性金屬的理論原則，并基于幾何設計穩定性思想，利用反轉保留位移的原子操控方法，在NdNiO₃(一種鈣鈦礦結構晶體)薄膜上，制備出了室溫下可穩定存在的極性金屬。這種幾何設計穩定性的方法為發現多種特性共存的新型多功能材料的研究提供了一條新奇快捷的方法，為下一代同時具有光電磁功能的器件研究鋪就了道路。作者預測，這種非平衡態幾何設計穩定性的方法為在復雜氧化物中尋找新奇鐵相，自旋結構和拓撲相等領域的發展提供了一塊沃土。

文章詳情：Nature最新報道：兼具金屬導電性和絕緣體極性的“極性金屬”

17.science：鑭系金屬與鉑組成合金的ORR催化性能

丹麥科技大學Escudero-Escribano等人研究了一系列鉑與鑭系元素和堿金屬組成的合金的ORR催化性能。相較于純鉑，性能最高提升了6倍。

本文亮點在于系統的研究了鑭系金屬與鉑組成合金的ORR催化性能。在氧氣飽和的0.1 M HClO₄電解質溶液中，作者獲得了鉑-鑭系合金優異的ORR性能；同時在0.6V~1.0V之間循環伏安10000圈，探究了其穩定性，并從微觀上對合金失活給予進一步解釋。作者通過對比鉑-鑭系合金，其ORR催化活性與體積晶格常數遵循火山峰關系。

文章詳情：Science：通過鑭系金屬調節鉑合金的電催化性能

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責任編輯：殷鵬飛

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