简单的分层材料在模板的“冻结”作用下，转换成了具有阿基米德结构特征的复合材料。
Paul Braun教授团队开发的模板系统，可协助控制某种特殊的无机复合材料。
密歇根大学教授Katsuyo Thornton（左）和研究生Erik Hanson。
由自组装无机材料制成的复合材料具有独特的力学、热学、光学和磁学性能，在工业领域颇受重视。然而，自组装难以控制，形成的结构可能高度无序，导致规模化生产过程中产生缺陷。《自然》杂志报道，美国伊利诺伊大学（UOI）和密歇根大学（UOM）的研究人员开发了一种模板技术，可使共晶材料具有更好的有序性，进而形成高性能三维结构材料。
共晶材料是由不同熔点和凝固点的化合物构成的。当这些化合物形成共晶材料后，其熔点和凝固点却变得统一了。当共晶液体凝固时，各组分分离，形成层状体等内聚结构。共晶材料是制造高性能涡轮叶片和合金的理想选择之一。
UOI材料科学与工程学教授、项目负责人Paul Braun说：“我们设计的材料的初始状态是液体，当它凝固时就会自行聚合。这可以加快生产速度，提高生产效率。然而，自由自组装可能形成缺陷。”UOI研究生、论文作者Ashish Kulkarni补充说：“模板法是有机聚合物加工工艺中的常用方法。它在无机材料加工中的应用性还未得到探索——无机材料的微观结构更加坚固，更难控制。”
为了在实验室中研究这一过程，Kulkarni等利用六角形排列的微型柱体制作了模板，以控制含氯化银-氯化钾熔体的再凝固。UOM材料科学与工程学教授Katsuyo Thornton说：“如果不对自组装加以控制，这个系统只会形成层叠的微观结构。虽然通过改变冷却速度，我们可以调节层状体的厚度，但其层叠模式并不会改变。通过添加模板，我们希望能诱导出新的模式。”
研究人员发现，氯化银-氯化钾熔体在模板中凝固，产生了新的模式，模式细节由模板之间的距离决定。Braun说：“模板和新形成的重复模式降低了缺陷的产生几率。利用模板法，我们不仅制造了有趣的新微观结构，还减少了复合材料的缺陷数量。”
Braun等计划继续研究新微观结构对共晶材料性质的影响。他说：“我们在实验中使用的材料是透明的。因此，第一个方向可能是光学方面的应用。新材料有望在光子晶体领域发挥重要作用。虽然我们离真正的应用还有很长的路要走，但可能性是极其丰富的。”
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编译：雷鑫宇
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期刊来源：《自然》
期刊编号：0028-0836
原文链接：
https://phys.org/news/2020-01-gain-internal-self-assembled-composite-materials.html
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