近日，中国科学院金属研究所钛合金研究部联合美国太平洋西北国家实验室以及密歇根大学等合作单位，采用高分辨原位透射电镜和分子动力学模拟方法，在原子尺度揭示了两种五重孪晶的形成机理。相关研究成果1月3日在线发表于《科学》。

据论文共同第一作者、中科院金属所助理研究员周刚介绍，作为一种重要的孪晶结构，五重孪晶在晶体生长、生物医学、光学和催化等领域均有着广泛的应用。比如，五重孪晶结构所引入的晶格畸变可以增加纳米线的杨氏模量；五重孪晶铜纳米线在还原二氧化碳制备甲醇的过程中表现出优异的催化性能等。

尽管自G.Rose1831年在金中发现五重孪晶以来，科研人员已在近百种材料中发现了五重孪晶结构并开展了大量的基础和应用研究，但由于无法在原子尺度直接观察形成过程，其形成机理至今仍无定论。

此次研究人员发现，在约3纳米的金、铂和钯纳米颗粒的聚集生长过程中，纳米颗粒可以通过颗粒间的取向粘附形成起始的两个孪晶界面，然后经原子表面扩散和高能晶界形成及分解（机理1）或不全位错的滑移（机理2）形成五重孪晶结构。两种形成机理主要取决于颗粒取向粘附后所形成表面结构。如果经取向粘附后，形成的凹面夹角接近90°，则为机理1；如果形成的凹面夹角接近150°，则为机理2。