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       近日，厦门大学张志森副教授和吴建洋教授团队与香港中文大学合作深入研究了一种新型的五重孪晶金刚石纳米线的力学与热输运性质，并揭示了力学与热导率异常提高的机制。相关研究工作分别以Simultaneous stiffening and strengthening of nanodiamond by fivefold twins及Abnormally High Thermal Conductivity in Fivefold Twinned Diamond Nanowires为题发表在国际知名期刊MRS Bulletin和Materials Today Physics上。论文第一作者分别为厦门大学的张志森副教授及香港中文大学的梁挺博士，通讯作者为香港中文大学许建斌教授和厦门大学物理系吴建洋教授。

背景介绍

       五重孪晶的历史已有近200年。大量研究表明五重孪晶引起的晶格畸变会显著提高纳米材料的机械性能，但却会严重阻碍其热输运性能。张志森副教授和吴建洋教授团队的工作，采用分子动力学模拟方法研究了一种新型的五重孪晶金刚石纳米线(5FTNDs),并揭示了其微纳米力学及热导率异常提高的机制。结果表明，在微纳米力学方面，5FTNDs的机械性能在很大程度上受其横截面几何形状的影响：具有星形截面的5FTNDs表现出优于金刚石固有强度的拉伸杨氏模量和强度；而正五边形的5FTNDs的拉伸杨氏模量和强度比金刚石固有强度有显著差异。同时，随着径向尺寸的缩小，星形5FTNDs的拉伸杨氏模量和强度呈非线性增强的趋势，但对于正五边形的5FTNDs来说则完全相反。在热导率方面，金刚石纳米线的热导率可以被引入的五重孪晶边界缺陷有效增强，并随着横截面积非单调变化。在临界面积大于7.1nm2时，5FTNDs表现出恒定的热导率值；而在临界值以下，随着横截面积的减小，热导率急剧增加。更重要的是，在横截面积非常小时，5FTNDs的热导率大于块体金刚石。作者通过计算声子平均自由程、群速度、声子色散和三声子散射率（涉及Normal和Umklapp过程）阐明了异常热导率的机制。特别要说的是，在最小横截面积处，Normal过程主导的声子流体动力学行为导致了热导率异常增加。在5FTNDs中揭示的微纳米力学性能增强机制，及超输运声子流体动力学现象可以为追求高力学性能及高导热纳米材料提供更广阔的空间。

结论推广

       这些研究对探索超高强度的材料，及金刚石纳米线结构的热输运提供了新的认识，并使得纳米材料超高热导率的声子流体动力学行为成为人们关注的焦点，同时表明五重孪晶结构可以为纳米材料提供优异的机械和热性能。作者认为声子流体动力学现象在具有最小截面的纳米线中普遍存在，并有可能引起工程热物理学甚至其他纳米领域的广泛兴趣。

致谢

       感谢香港研究资助局，香港中文大学组研究计划，国家自然科学基金，江西省杰出青年人才计划和中央高校基本科研业务费专项资金。同时感谢厦门大学信息网络中心的计算机计时的支持。