导读：
Bi-Ga合金体系在凝固过程中，外貌优先出现高度有序的纳米图案。除了层状和棒状结构外，我们还观察到各种变化、杂化和晶体缺陷结构。结合试验和分子动力学模拟，研究了外貌Bi和Ga2O3层对外貌凝固的影响，分析白外貌催化异相形核的图案形成机制，进一步证明白在差别凝固条件和差别合金体系下这种现象的动态性质和鲁棒性。外貌模式使高空间分辨率的纳米-红外和外貌加强拉曼成像成为大概，这展现了基于外貌和纳米尺度的应用的巨大潜力。
图案的形成是天然体系和合成体系中广泛存在的现象。在合金中，从多相匀称的液态金属混淆物到结晶固体的变化在其内部产生相分离的图案。两种亚稳态过程，即形核和随后的生长，是各种范例的体凝固模式的底子。层状和棒状结构是最根本和最常见的天然选择范例。相变过程中凝固故障的入侵和不稳定性导致了模式分岔乃至灾难性的击穿。通过定向凝固和模板凝固来控制相变和图案形成，并辅以先进的制造技术，已被实践用于实现预期的相分布，从而获得抱负的块状性能。然而，对于具有差别外貌和内部地区的试样，与现有的体凝固知识和方法相比，如今对外貌凝固的理解非常有限。
整体凝固前，在单质金属和合金中都观察到两种原子尺度的外貌相变。一是外貌分层，指在液态金属外貌附近形成一些分层的原子层，这与外貌库仑相互作用有关；二是外貌冻结，显示出在能量有利的条件下，与液态金属共存的类固状原子表层。然而，这两种效应都表明在超高真空中液态金属存在原子结构的类固状外貌。在含氧情况中，液态金属外貌进一步发展成最顶层的掩护性氧化层，从而从外貌到本体形成氧化物层/类固状金属夹层/金属液体结构。因此，液态金属在正常条件下的外貌结构与体积和无氧化物状态下的外貌结构有本质的差别。然而，液态金属的外貌结构是否会影响其凝固仍需探索。随着液态金属的应用范围敏捷扩大，特别是在纳米技术领域，需要改进对其根本外貌过程和相变的理解。
基于此，澳大利亚新南威尔士大学的研究团队陈诉了液态金属合金的外貌凝固效应，其中分数相富集外貌，形成各种大面积有序的纳米图案。该效应首先在BiGa合金中得到验证，并随后扩展到其他几个体系。研究成果以题为“Unique surface patterns emerging during solidification of liquid metal alloys” 发表于期刊《Nature nanotechnology》。利用纳米尺度红外(nanoIR)和外貌加强拉曼光谱(SERS)，展示了外貌凝固模式的等离子体效应。研究结果表明，外貌凝固与已深入研究的内部凝固过程有本质区别，应独立对待。
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结果显示，外貌相变是由外貌催化的多相形核驱动的。模拟试验观察到的外貌图形差异主要是由于Ga2O3界面上Bi的扩散相对于真空界面减小，Ga2O3对Ga的吸引力大于Bi，引起横向凝固的能量势垒，以及界面处的体积分数、氧化层厚度、vSSF和温度梯度。
稀释相的外貌富集是一个令人高兴的发现，从由有数或高成本金属构成的液态金属合金中开辟金属结构，可用于外貌应用。思量到金属种类的多样性及其丰富的组合，通过将其纳入室温，外貌凝固效应可以对高熔点金属的外貌结构举行节能高效的纳米工程设计或低熔点金属溶剂。别的，观察到分数相(φ低至0.001)能够表现出较大的外貌覆盖率，这表明在外貌合成时应留意金属和合金的纯度，特别是当涉及相变过程时。研究还表明，这种效应的外貌性质答应原位观察和表征，这为通过高分辨率外貌表征举行根本相变研究提供了新的视角。将来，将盼望能够在光学，电子，凝结态质料科学，催化及其他领域中得到广泛应用。
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