Ti-Zr-Ni体系准晶亚结构及相变的X射线衍射研究：缺陷演化与近似晶相形成机制

本研究通过X射线衍射技术揭示了Ti-Zr-Ni体系准晶（QCs）在快速淬火带材和磁控溅射涂层中亚结构（含位错、微分散性及phason缺陷）的演化规律，发现500-550°C退火60小时后phason缺陷消失并形成2/1近似晶相，为准晶材料性能调控提供理论依据。

　　

在材料科学的神秘王国里，准晶体（Quasicrystals, QCs）因其打破传统晶体学禁忌的五重旋转对称性而被称为"叛逆者"。这类由Ti、Zr、Ni等元素构成的金属合金，虽在1982年才被正式发现，却因其独特的电子输运特性和表面摩擦学性能引发研究热潮。然而，就像精密的机械需要了解每个齿轮的啮合状态，科学家们发现准晶体的性能与其亚结构缺陷——特别是被称为"phason"的拓扑缺陷密切相关。这种缺陷如同拼图游戏中错位的板块，会改变X射线衍射（XRD）信号的相位，进而影响材料整体性能。尽管Al基准晶的缺陷研究已较深入，但Ti-Zr-Ni体系这一潜在氢储存材料的关键缺陷演化机制仍存在大量空白，特别是磁控溅射涂层与快速淬火带材的缺陷差异更鲜有报道。

为解开这些谜团，来自乌克兰教育科学部资助的研究团队在《Materials Chemistry and Physics》发表了突破性成果。他们采用DC磁控溅射技术制备Ti₄₁Zr₄₁Ni₁₈涂层（厚度6-14μm），并与快速淬火法制备的Ti_41.5Zr_41.5Ni₁₇带材（40-100μm）进行对比，通过高精度XRD分析结合Kahn指数法，系统研究了500°C等温退火过程中微分散性、微应变及phason缺陷的动力学行为。

关键技术方法
研究采用直流磁控溅射（压力0.37Pa）在蓝宝石/钢基板上沉积涂层，快速淬火带材通过铜盘急冷制备。通过XRD衍射峰半高宽（FWHM）分析微应变，采用Williamson-Hall法区分晶粒细化与微应变贡献，结合J. Kahn提出的双指标（N,M）法对准晶衍射峰进行标定。

研究结果

Materials and Methods
实验设计包含两种形态样本：磁控溅射涂层具有更宽衍射峰（FWHM增加35%），表明其初始phason缺陷密度显著高于快速淬火带材，这归因于溅射过程中更高的过冷度导致的拓扑无序。

Result and discussion
退火28小时后涂层出现衍射峰锐化现象，59小时后（500°C）发现：1）原始二十面体准晶相（I-phase）的（18/29）峰强度提升2.3倍；2）新出现的2/1近似晶相衍射峰证实了相变发生。Williamson-Hall曲线显示微应变在退火初期下降40%，而晶粒尺寸变化仅15%，证实phason应变弛豫主导早期退火过程。

Conclusions
研究揭示Ti-Zr-Ni准晶亚结构演化存在明确三阶段：1）500°C初期（<30小时）phason缺陷通过拓扑重排消除；2）中期形成局部化学有序区域；3）最终转化为2/1近似晶相。该发现为理解准晶-晶体相变动力学提供新视角，特别指出磁控溅射工艺产生的更高缺陷密度需通过优化退火参数调控，这对开发基于Ti-Zr-Ni准晶的氢渗透膜器件具有重要指导价值。

意义与展望
这项研究首次系统比较了两种制备工艺对Ti-Zr-Ni准晶缺陷结构的影响，证实phason缺陷作为"结构缓冲带"在相变过程中的关键作用。Sergiy V. Malykhin团队提出的三阶段演化模型，不仅完善了准晶稳定性理论，更为后续通过缺陷工程调控材料性能开辟了新路径——例如通过控制退火时间在特定应用场景中保留适量phason缺陷以优化材料韧性，或完全消除缺陷以获得更佳导电性。随着乌克兰团队对Ti-Zr-Ni体系更深入的研究，未来或可实现在原子尺度"雕刻"准晶缺陷分布，从而定制出满足极端环境需求的新一代功能材料。