近日，浙江大學(xué)新結(jié)構(gòu)材料國(guó)際研究中心在常溫壓力下，首次實(shí)現(xiàn)了Ce3Al固溶體合金材料的合成。該中心博士生曾橋石以第一作者完成的相關(guān)研究論文“Substitutional Alloy of Ce and Al”發(fā)表在2月24日的美國(guó)科學(xué)院院刊上。
    
    稀土元素有“工業(yè)的維生素”的美譽(yù)，因其具有特殊的發(fā)光、磁學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，常被用來開發(fā)如鐵磁、磁致伸縮、熒光、儲(chǔ)氫和催化劑等新材料。鈰作為第一個(gè)具有4f電子的稀土元素，是物理和材料學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。鋁和其它相似元素形成了一系列的鋁合金，在日常生活中具有極其重要的作用。但根據(jù)休謨－饒塞里準(zhǔn)則（Hume－Rothery rules），由于鈰和鋁兩者原子半徑和電子化學(xué)性質(zhì)的極大差異，只能形成大量的化合物，但是卻不能形成取代型固溶體合金。
    
    通過與浙江大學(xué)光彪講座教授毛河光院士的合作，浙江大學(xué)新結(jié)構(gòu)材料研究中心博士生曾橋石在導(dǎo)師蔣建中教授的指導(dǎo)下，采用先進(jìn)的高強(qiáng)度、高精度、原位高壓同步輻射X射線衍射技術(shù)對(duì)Ce3Al金屬合金材料進(jìn)行了仔細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)在15GPa壓力下Ce3Al晶體合金發(fā)生了有序金屬間化合物到固溶體合金的轉(zhuǎn)變，當(dāng)壓力達(dá)到25GPa時(shí)也觀測(cè)到同樣的現(xiàn)象。通過大量X射線衍射和吸收譜的實(shí)驗(yàn)測(cè)量以及第一性原理的理論計(jì)算，他們發(fā)現(xiàn)，壓力誘導(dǎo)Kondo體積塌陷和鈰原子4f 電子非局域性使得鈰鋁兩個(gè)原子半徑和電負(fù)性差異縮小，實(shí)現(xiàn)了新型面心立方Ce3Al固溶體合金材料的形成。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，在卸壓后（至少1年之內(nèi)）這種新型固溶體合金材料在結(jié)構(gòu)上保持穩(wěn)定。
    
    該研究成果表明，通過改變壓力，人們可以合成新結(jié)構(gòu)材料，這對(duì)開發(fā)新型合金材料具有重要意義。該論文發(fā)表后，美國(guó)材料研究學(xué)會(huì)NEWS FROM THE WORLD OF MATERIALS立即進(jìn)行了重點(diǎn)報(bào)道。