自愈現(xiàn)象可以減少使類晶體不實用的缺陷。密歇根大學領導的一個研究小組的研究結果表明，一類曾經(jīng)看起來似乎可能徹底改變從太陽能電池到煎鍋的一切，但在21世紀初就不再受歡迎的材料，可能可以在商業(yè)上復活了。 這項研究發(fā)表在《自然-通訊》上，它展示了一種制造比以前大得多的準晶體的方法，而沒有困擾過去制造商的缺陷。

X射線斷層成像顯示了兩個準晶體在冷卻過程中開始融為一體的側面圖。

密歇根大學材料科學與工程和化學工程助理教授、論文通訊作者Ashwin Shahani說："工業(yè)界放棄準晶體的一個原因是它們充滿了缺陷，但我們希望將準晶體重新帶入主流。而這項工作暗示，它可以做到。"

準晶體具有有序的結構，但沒有普通晶體的重復模式，可以被制造出一系列誘人的特性。它們可以是超硬的或超滑的。它們可以以不尋常的方式吸收熱量和光線，并表現(xiàn)出奇特的電學特性，以及其他一系列的可能性。但是，最初將這種材料商業(yè)化的制造商很快就發(fā)現(xiàn)了一個問題--晶體之間的微小裂縫，即所謂的晶界，會招致腐蝕，使類晶體容易失效。從那時起，準晶體的商業(yè)開發(fā)大多被擱置了。

但是Shahani團隊的新發(fā)現(xiàn)表明，在某些條件下，小的準晶體可以碰撞并融合在一起，形成一個單一的大晶體，且沒有在小晶體組中發(fā)現(xiàn)的晶界缺陷。在一個旨在觀察該材料的形成的實驗中，這一現(xiàn)象讓人感到驚訝。

他說："看起來晶體在碰撞后正在自我愈合，將一種類型的缺陷轉化為另一種類型，最終完全消失，鑒于準晶體缺乏周期性，這很不尋常。"

晶體開始時是像鉛筆一樣的固體，尺寸只有幾分之一毫米，懸浮在鋁、鈷和鎳的熔融混合物中，研究小組可以使用X射線斷層掃描技術實時和三維地觀察到這些晶體。隨著混合物的冷卻，這些微小的晶體相互碰撞并融合在一起，最終演變成一個單一的大型準晶體，比組成的準晶體大幾倍。

在阿貢國家實驗室觀察到這一過程后，該團隊通過計算機模擬進行了虛擬復制。通過在略微不同的條件下運行每個模擬，他們能夠確定在何種條件下微小的晶體會融合成較大的晶體。例如，他們發(fā)現(xiàn)，微小的鉛筆狀晶體必須在一定的排列范圍內(nèi)相互面對，以便碰撞和凝聚在一起。這些模擬實驗是在約翰·沃納·卡恩杰出大學工程教授、論文通訊作者Sharon Glotzer的實驗室進行的。

Glotzer說："當實驗和模擬都能觀察到在相同的長度和時間尺度上發(fā)生的相同現(xiàn)象時，這很令人興奮。模擬可以看到實驗不能完全看到的結晶過程的細節(jié)，反之亦然，因此，只有在一起，我們才能完全理解正在發(fā)生的事情。"

雖然該技術的商業(yè)化可能還需要幾年時間，但模擬數(shù)據(jù)最終可能被證明對開發(fā)一個有效地生產(chǎn)大型準晶體的生產(chǎn)規(guī)模的過程很有用。Shahani團隊預計將使用燒結技術，這是一個眾所周知的工業(yè)過程，材料通過熱量和壓力融合在一起。但這是一個遙遠的目標，但Shahani說新的研究開辟了一條新的研究途徑，有朝一日可以實現(xiàn)這一目標。

目前，Shahani和Glotzer正在一起工作，以了解更多關于準晶體缺陷的信息，包括它們?nèi)绾涡纬?、移動和演變?/p>

關鍵詞： 自愈現(xiàn)象 商業(yè) 價值 晶體