中国科大发现软晶格无机固体中的普拉托-瑞利不稳定性现象

中国科学技术大学俞书宏院士团队在《美国化学会志》(j. am. chem. soc. 2025, doi/10.1021/jacs.4c11866)发表最新研究成果，报道了在银基硫属化合物软晶格离子晶体中发现的普拉托-瑞利不稳定性现象，并以此开发出一种精准合成一维周期性同轴异质纳米线的新方法。该方法利用表面能和界面能的共同调控，实现了对纳米线结构的精确控制，拓展了无机纳米异质结构的精准合成方法学。

普拉托-瑞利不稳定性通常指一维连续流体在表面张力作用下断裂成一系列液滴的现象。该团队巧妙地利用银基软晶格离子晶体中独特的弱原子相互作用和高阳离子迁移率，使其在固态下展现出类似流体的行为，从而实现了这种不稳定性。研究人员通过阳离子交换法制备了Co9S8@Ag2S核壳纳米线，随后Ag2S外层在热力学驱动下自发去润湿，形成周期性同轴异质纳米线。原位透射电镜观测证实了这一过程，并显示其符合固相瑞利不稳定性特征。 该方法在不同材料体系中均取得成功，展现出良好的普适性。 这些复杂纳米结构可作为模板，进一步构建更复杂的周期性异质纳米线材料库。

有限元分析和分子动力学模拟揭示了该过程的热力学和动力学机制。分析表明，表面能和界面能的共同作用驱动了体系从亚稳态向热力学稳定态转变。模拟结果显示，亚纳米厚Ag2S层具有高离子扩散速率，确保了晶格的“流动性”。

这项研究不仅拓展了瑞利不稳定性在无机固体中的应用，也为制备高阶周期性纳米结构以及探索其他软晶格材料中的类流体行为提供了新的思路。该研究得到多个国家级科研项目的资助，并特别感谢中国科学技术大学理化科学实验中心透射电镜原位实验平台的支持。

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 2024-12-06