交大科研团队，又有新突破！

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将光致发光（PL）尤其是长寿命室温磷光（RTP）现象集成到周期性亚微米结构中以构建多光学形态光子晶体（PC）是目前光学功能材料及相关器件重要发展趋势，但这种集成极具挑战性。

一方面是由于RTP的实现需要刚性基质以稳定三重态激子并抑制非辐射跃迁，但这些基质往往不具备周期性结构，不能对光产生选择性反射。另一方面，由于光子晶体材料和RTP材料制备方法差异很大且与光相互作用的物理机制没有关联性，使得发光单元与光子晶体阵列之间的兼容性和可组合性显著降低。

针对这一问题，西安交大物理学院研究人员提出了一种新颖的通用性策略来制备具有三重光学形态的光子晶体（三态PCs）。

通过高温煅烧内部封装有荧光碳点（CDs）的SiO₂纳米颗粒，形成具有规则形貌的单分散磷光SiO₂纳米球（RTP-CDs@SiO₂）并自组装成三态PCs。该PCs的三种光学模式在不同光源环境刺激下可以无缝切换，即在日光下具有虹彩结构色、紫外光照射时发出明亮的PL以及关闭紫外光后产生时间依赖的RTP。

研究表明，高温煅烧产生磷光的内在物理机制是由于强C-Si共价键网络的形成进而稳定了激发三重态。

研究进一步发现，磷光不依赖于所包裹CDs的表面缺陷类型或杂原子掺杂，因此证明所提出的制备方法具有通用性。

此外，研究人员在该材料的基础上进一步实现了热响应三态光子凝胶。通过简单调整凝胶的环境温度（8^oC-43^oC），可以巧妙地将物理发光（结构颜色和透光率）与化学发光（PL和RTP）相联立，并且这些光信号在不同光传播模式下表现出互补偿特性。

最后，研究人员展示了三态光子凝胶在可回收智能窗和多维信息加密等领域的应用场景，表明该材料在未来新型光学器件设计方面的广阔的应用前景。这一工作为物理色（结构色）和化学色（PL和RTP）的有机整合和系统集成开辟了新的途径，其丰富的光学性质有助于相关材料及光学器件的设计、研究向更高水平发展。

单分散磷光SiO₂纳米球、三态光子晶体和三态光子凝胶的制备过程

三态光子凝胶的热响应光学特性

■ 论文题目

《获得超长寿命磷光光子晶体的通用策略，以实现热敏三态光学互补偿凝胶》（A General Strategy for Ultralong Phosphorescent Photonic Crystals, Achieving Thermal Sensitive, Tri-State Optically Compensated Gels）

■ 发表期刊

《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）

■ 文章作者

西安交大物理学院为唯一通讯单位，文章第一作者是西安交大物理学院博士生王昌兴，西安交大物理学院卢学刚教授、杨森教授为论文通讯作者。

该项研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金和陕西省自然科学基金的支持。

■ 论文链接

钛及钛合金作为一种轻质、高强、耐腐蚀的金属材料，被广泛应用于航空航天、海洋工程和生物医用领域。近年来，随着“损伤容限”设计理念在工业界的不断推进，对钛的断裂韧性的要求也日益提高。

然而，经过数十年的合金化设计和加工工艺改进，钛及钛合金的断裂韧性始终低于130 MPa∙m^1/2，远低于一些奥氏体不锈钢和面心立方结构的中/高熵合金（断裂韧性超过200 MPa∙m^1/2）。这种断裂韧性的不足限制了钛及钛合金在一些关键负载条件下的应用。

研究发现，金属材料断裂韧性的提高主要取决于其内韧化机制，这些机制通过扩大裂纹尖端的塑性变形区来阻碍裂纹扩展，即塑性区越大，断裂韧性越高。但与面心立方结构和体心立方结构金属相比，密排六方结构金属钛具有较低的晶格对称性，变形时更容易激活柱面滑移以协调方向变形。若需要协调轴方向的变形，必须通过形变孪生或者启动锥面滑移。然而，形变孪生通常是单向的，仅能协调较小的塑性应变。因此，必须大量启动锥面滑移才能满足冯·米塞斯准则提出的至少有五个独立滑移系统才能协调塑性变形的条件。

但是，锥面滑移的临界分切应力高，同时其刃位错部分易于分解，难以运动，很难与螺位错部分协调变形，实现大量自增殖。因此，轴方向变形机制的匮乏导致裂纹尖端难以实现高密度的均匀塑性变形，从而使得钛及钛合金表现出有限的断裂韧性。

为了突破钛及钛合金的极限性能，如何进一步挖掘金属钛的断裂韧性潜力？

针对这一问题，西安交大材料学院韩卫忠教授课题组对纯钛的断裂韧性进行了系统研究，发现钛中的氧杂质是造成其断裂韧性不足的主要因素。即使存在微量的氧杂质，也会抑制钛中的变形孪生和位错活性（Acta Materialia, 246 (2023) 118674），从而显著降低裂纹尖端的均匀塑性变形能力。

研究团队通过将氧杂质含量从商业纯钛的0.14 wt%降低至低氧钛的0.02 wt%，实现了断裂韧性从117 MPa∙m^1/2提高至255 MPa∙m^1/2。低氧钛的断裂韧性超越了已报道的所有商业纯钛及钛合金的断裂韧性，并且超过了大部分金属材料的断裂韧性。研究首次揭示了钛的超高本征断裂韧性，打破了钛的断裂韧性低于130 MPa∙m^1/2的传统认知，使低氧钛成为目前已知最韧的金属材料之一。

商业纯钛和低氧钛的初始结构与断裂韧性测试

通过对厚度为2.5 mm至30 mm的低氧钛样品开展标准CT样断裂韧性测试，发现其满足平面应变条件的断裂韧性值（KJIc）达到255 MPa∙m^1/2

低氧钛断裂韧性与主要金属材料断裂韧性的对比，表明钛是最韧的金属材料之一

研究人员发现，氧杂质含量的显著降低成功克服了密排六方结构金属钛在室温条件下<c>轴变形模式难以启动的难题，并发现了一种全新的递进韧化新机制：降低氧含量不仅促进了裂纹尖端变形孪晶的大量激活，还发现孪晶界作为高效位错源，发射了大量的<c+a>位错，有效克服了<c+a>位错自增殖的困难。这两种在室温下通常难以启动的变形模式的大量激活，显著提升了低氧钛裂纹尖端的均匀变形能力、变形密度和塑性区尺寸，从而有效钝化了裂纹尖端，使金属钛展现出了前所未有的断裂韧性。这种全新的韧化机制及降低关键杂质含量的研发策略，为设计高损伤容限钛合金提供了新思路。

低氧钛裂纹尖端大量变形孪晶被激活，形成了从裂纹尖端到基体的梯度渐变组织，裂纹尖端的晶粒尺寸被显著细化，而商业纯钛的裂纹尖端仅有少量的变形孪晶

低氧钛中孪晶界发射<c+a>位错，为<c+a>位错的增殖提供了新模式

■ 论文题目

《通过降低氧杂质含量揭示钛的本征高断裂韧性》（Uncovering the Intrinsic High Fracture Toughness of Titanium via Lowered Oxygen Impurity Content）

■ 发表期刊

《先进材料》（Advanced Materials）（IF：27.4）

■ 文章作者

西安交大材料学院博士生邹小伟为论文第一作者，韩卫忠教授和马恩教授为论文共同通讯作者。西安交大是该工作唯一通讯单位。

该工作得到了国家自然科学基金和西安交通大学青年拔尖人才支持计划的共同资助。

■ 论文链接

创伤后深静脉血栓（Post-traumatic DVT，pt-DVT）可导致危及生命的肺栓塞发生率增加，是造成创伤后发病和死亡的主要原因。pt-DVT的发生率高达40%，成为中国公共卫生的严重威胁。

目前，pt-DVT的诊断依赖于D-二聚体的检测和超声影像学检查，然而D-二聚体水平受多种因素影响，超声检查仅能检测出有明显血液动力学变化以及影像学特征的DVT患者，不能在血栓形成早期对其进行诊断与预估。因此，寻找pt-DVT的生物标志物对于其早期诊断和制定合适的治疗方案有着重要意义。

针对上述问题，西安交大生命科学与技术学院郭燕教授团队通过整合骨折患者人群的血浆代谢组、蛋白质组和临床表型，对680例创伤后发生和未发生DVT患者的代谢改变及血液学特征进行了全面分析，揭示了pt-DVT可能的调控机制与潜在治疗靶点，为疾病的早期诊断提供了潜在生物标志物。

研究对骨折患者进行了系统代谢组学和临床表型数据分析，确定了与pt-DVT相关的28种代谢物和2个临床参数簇，开发了一组包含9种代谢物的pt-DVT预测模型。进一步联合蛋白质组学分析，鉴定出214个pt-DVT相关蛋白，发现丙酮酸级联的糖酵解/糖异生-TCA循环的上调可能通过调节红细胞中的活性氧自由基水平来促进血栓形成，提示对该过程进行干预可能是pt-DVT的潜在治疗策略。

这项研究系统全面地描述了pt-DVT的代谢失调与血液学特征，通过大规模队列研究确定了血浆生物标志物，并结合蛋白质组学深入了解了改变的代谢途径，为pt-DVT提供了潜在的治疗靶点。

■ 论文题目

《创伤后深静脉血栓患者的血浆代谢组和蛋白质组图谱》（Integrated landscape of plasma metabolism and proteome of patients with post-traumatic deep vein thrombosis）

■ 发表期刊

《自然通讯》（Nature Communications）

■ 文章作者

通讯作者为西安交大生命学院郭燕教授和附属红会医院骨创伤医院院长张堃，西安交大生命学院博士生张堃、红会医院骨创伤医院副主任医师王鹏飞和医师黄伟为该论文共同第一作者。西安交大分析测试中心张莹工程师协助完成蛋白组学数据的检测工作。

该工作得到了国家自然科学基金、陕西省科技创新团队、陕西省杰出青年基金、陕西省重点研发计划、西安交大分析测试共享中心的支持。

■ 论文链接