第一作者：Yuecun Wang, Xudong Wang, Jun Ding

通讯作者：单智伟，马恩

通讯单位：西安交通大学

单智伟，教授，西安交通大学副校长、米兰理工联合设计与创新学院院长、金属材料强度国家重点实验室副主任、陕西省镁基新材料工程研究中心主任、陕西省镁基新材料中试基地主任、国家“特聘专家”、教育部“特聘教授”、国家杰出青年基金获得者、陕西省第十三届政协委员等。主要研究方向为材料塑性载体的萌生及其演化规律和高品质镁基新材料的设计、制备与应用。截至目前，已在包括《自然》、《科学》等国际顶级期刊上发表论文130篇，SCI引用8481篇次，单篇SCI引用最高807篇次。相关研究成果荣获国家自然科学奖二等奖、陕西省自然科学奖一等奖、陕西省科学技术奖一等奖等。

马恩，西安交通大学教授，材料创新设计中心主任，马恩教授是材料领域的国际著名学术带头人，在揭示非晶合金和纳米结构合金的微观结构及其特性等方面做出了开创性的工作。共发表400余篇学术论文，其中40篇发表在Nature，Science，Nature Mater和Nature Commun.上。论文被引用50847次（Google Citation），单篇最高3500次，H因子为115。2002-2012，2014-2016入选汤森路透全球高被引科学家名单。

论文速览

在没有外部施加的机械载荷的情况下，一个固体颗粒位于另一个固体表面不仅能够沉入其中，而且还能够继续其刚体运动向内部前进，达到的深度距离是颗粒直径的数千倍，这似乎是违反常理的。

本研究在没有外部机械载荷的情况下，观察到金刚石纳米颗粒能够在铁晶体内部进行刚体运动，达到与颗粒直径数千倍的深度。这一现象是通过原位微观实验和宏观实验展示的，其中约100纳米大小的金刚石纳米颗粒能够在铁中移动至毫米深度，温度大约是铁的熔点的一半。

将每个金刚石纳米颗粒作为一个整体推动，通过铁原子通过界面通道的扩散积累而产生的局部应力，向铁内部发生位移运动。这一发现强调了除了熟悉的单个原子的扩散外，固体中不寻常的传质模式。

图文导读

图1：金刚石纳米颗粒(DNPs)沉入铁中的原位扫描电镜(SEM)观察结果。

图2：原位透射电镜(TEM)观察到的金刚石纳米颗粒(DNPs)被铁吞没的过程。

图3：金刚石纳米颗粒(DNPs)在炉中加热至毫米深度进入大块钢的实验设置和结果。

图4：金刚石纳米颗粒(DNP)进入铁晶体的内移运动的机制示意图。

总结展望

本研究揭示了金刚石纳米颗粒在铁晶体内部的内移运动，这一运动是由铁原子的表面扩散和局部应力引起的。通过实验观察和理论计算，研究者们提出了新的传质模式，可能对材料科学和工程应用产生重要影响。

研究中的数据表明，金刚石纳米颗粒能够在较低温度下显著提高铁基材料的硬度和降低摩擦系数。这些发现不仅增进了我们对固体中质量传输机制的理解，也为开发具有改进性能的新型材料提供了新途径。

文献信息

标题：Inward motion of diamond nanoparticles inside an iron crystal

期刊：Nature Communications