孿晶可以賦予納米晶體材料有益的機(jī)械、物理和化學(xué)性質(zhì)。現(xiàn)有文獻(xiàn)表明，Mn23Th6型面心立方（FCC）結(jié)構(gòu)晶體適合開展納米材料中孿生機(jī)制的研究，但此類晶體材料的合成十分困難，目前為止一直未見相關(guān)的研究報(bào)道。

中國科學(xué)院金屬研究所和羅格斯新澤西州立大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，在Zr-Nb-Fe合金中，六方密排（HCP）結(jié)構(gòu)的α-Zr微米尺寸晶粒中會(huì)析出一種具有Mn23Th6型FCC結(jié)構(gòu)的單晶(Fe, Nb)23Zr6納米顆粒。在此類FCC結(jié)構(gòu)晶體中，由Fe或Nb原子連接Zr八面體占據(jù)FCC立方體的一個(gè)角或面心，其晶格常數(shù)可達(dá)1.24 nm。

該科研團(tuán)隊(duì)首先通過對(duì)Zr-Nb-Fe合金板材進(jìn)行反復(fù)多次的軋制和退火處理，成功獲得了大量孿生變形的(Fe,Nb)23Zr6納米顆粒，然后借助HRTEM在原子尺度下對(duì)孿晶/基體界面處孿生過渡形態(tài)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)了該類晶體孿生是由一種新型的零凈應(yīng)變孿晶生長機(jī)制主導(dǎo)。通常在FCC結(jié)構(gòu)晶體中，<112>{111}孿生變形被認(rèn)為是通過在連續(xù)的{111}平面上逐層發(fā)射1/6 <112> Shockley不全位錯(cuò)來完成成核和生長的。然而該研究結(jié)果表明，在……ABCABC……周期性排列的（111）面序列中，兩個(gè)緊鄰的A和B位置的（111）面受局部剪應(yīng)力偶作用沿著晶向發(fā)生剪切變形，就像多米諾效應(yīng)一樣，而另一個(gè)C位置的（111）面則保持不動(dòng)，以此產(chǎn)生孿晶。在剪切變形過程中，局部區(qū)域會(huì)形成納米級(jí)塑性區(qū)，并儲(chǔ)存部分剪切應(yīng)變能量，這也是變形孿晶進(jìn)一步生長需要克服的能量勢壘。理想狀態(tài)下，上述塑性區(qū)的應(yīng)變能在晶向移動(dòng)，足以滿足該方向上的持續(xù)孿生變形，并且孿生變形后，無凈應(yīng)變殘留。

該研究觀察到的孿生機(jī)制是否可以擴(kuò)展到常見的純FCC金屬，需要在未來通過試驗(yàn)和模擬計(jì)算來驗(yàn)證。此外還發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)單軸壓縮下最大剪切應(yīng)力直接施加在晶體的(111)平面上，才能提供最大的剪應(yīng)力偶，進(jìn)而增加驅(qū)動(dòng)孿生變形的可能性。該研究結(jié)果不僅拓展了人們對(duì)于FCC結(jié)構(gòu)孿生變形機(jī)制的認(rèn)知，而且提供了Mn23Th6型FCC晶體結(jié)構(gòu)變形行為研究的一個(gè)新思路，對(duì)未來探索Mn23Th6一族材料的物理和化學(xué)性質(zhì)都奠定了一定的試驗(yàn)基礎(chǔ)。