近日，清華大學朱聽、陳克新教授團隊相繼在Science上發表研究論文。

清華大學朱聽團隊

2022年10月27日，清華大學/西湖大學朱聽團隊在Science 在線發表題為「Mirror-image T7 transcription of chirally inverted ribosomal and functional RNAs」的研究論文，該研究用化學方法合成瞭一個100千爾頓的鏡像T7 RNA聚合酶，使酶組裝的長鏡像基因的全長鏡像5S、16S和23S核糖體RNA能夠高效、忠實地轉錄。

該研究進一步開發瞭多功能鏡像T7轉錄系統的實際應用，如生物穩定鏡像核糖開關傳感器，無保護的長千堿基L-RNA在水中的長期存儲，以及L-核酶催化的L-RNA聚合，以作為基礎RNA研究的模型系統。

清華大學陳克新教授團隊

2022年10月27日，清華大學陳克新教授團隊在Science 雜志在線發表題為「Plastic deformation in silicon nitride ceramics via bond switching at coherent interfaces」的研究論文，該研究提出瞭一種設計可形變共價鍵合氮化矽（Si₃N₄）陶瓷的方法，該陶瓷具有相幹界面的雙相結構。在通過共格界面的鍵切換，有助於應力誘導相變，並最終產生塑性變形能力。

像氮化矽(Si₃N₄)這樣的橢圓鍵合陶瓷具有誘人的機械、化學和物理性能，具有耐高溫、優越的硬度、優異的耐磨性和相對較高的導熱性和電絕緣性。這些特性使陶瓷適用於高溫結構材料、切削工具、軸承和電子封裝中的襯底等應用。例如，燃氣渦輪發動機中的金屬部件被共價鍵合陶瓷取代，以提高效率。然而，陶瓷往往是易碎的，即使是一個微小的裂紋也可能導致災難性的失效，而看不到塑料變形。這一問題嚴重制約瞭陶瓷的適用性。

從機理上講，由於共價鍵的強定向特性，共價鍵陶瓷的局部塑性變形通常是通過鍵破機制開始的。不幸的是，這個過程會誘導納米孔的成核、生長和聚合，最終導致脆性斷裂。盡管已有大量的努力致力於通過將微結構與拉長晶粒聯鎖或設計層狀結構來增韌共價鍵陶瓷，並觀察到非晶態陶瓷的一定變形性，但由於共價鍵固有的強定向特性，共價鍵結晶可變形陶瓷尚未實現。因此，實現共價結合晶體陶瓷的塑性變形性一直是一個長期和關鍵的挑戰。

理論上，如果共價鍵中的鍵斷裂發生在非常小的體積內，同時新鍵的形成立即愈合，該研究將其定義為鍵切換，那麼在共價鍵結合陶瓷中實現宏觀塑性變形是可能的。從這個意義上說，局部原子重排的能量勢壘需要更低，才能使一個鍵構型相對容易地過渡到另一個鍵構型，同時，滑移面兩側的晶格必須具有大致相同的單位原子距離，以確保晶體陶瓷中的連續原子平移。因此，具有相幹界面的雙相結構可以滿足這些要求，並可作為共價鍵合結晶陶瓷中通過鍵切換實現相變調節塑性變形的良好候選材料。

在這項研究中，研究人員在Si₃N₄中演示瞭這種設計策略。Si₃N₄是一種具有廣泛興趣的典型共價鍵合晶體陶瓷。在正常條件下，Si₃N₄有a相和b相兩種晶型。這兩種多態性具有相似的角共享[SiN₄]四面體六邊形晶格結構，即它們的晶格常數在a方向上幾乎相同，但在c方向上不同，其中a的晶格常數是b的兩倍。這樣的晶體結構允許Si₃N₄在晶體中具有潛在的相幹相界面。在此基礎上，研究人員設計瞭一種具有相幹界面的a/b- Si₃N₄雙相陶瓷，並觀察到陶瓷中的大量塑性變形。

共格界面的雙相α/β-Si₃N4陶瓷的顯微結構 | 圖源：Science

研究表明，鍵切換是金屬位錯運動和相變的先決條件，也可以通過設計相幹界面在共價鍵合陶瓷中實現。然而，不能排除導致α/β- Si₃N4應變和強度增加的其他因素，需要更好地闡明β→α相變和應力應變行為。納米柱樣品壓縮產生的應變和強度的絕對值通常與塊狀樣品的絕對值不同，需要更好的制造方法來獲得具有雙相大結構和相幹界面的塊狀可變形Si₃N4陶瓷。在其他共價陶瓷中也發現瞭多態性，這使得可以定制具有相幹界面的雙相結構，特別是在那些具有相關晶體結構和原子距離（例如碳化矽的立方相和六方相）的陶瓷中。

總的來說，該研究設計可形變共價鍵合氮化矽陶瓷的方法，具有相幹界面的雙相結構。在通過共格界面的鍵切換。從這個意義上說，預期目前工作的方法可以擴展到開發更多可變形陶瓷。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm0646

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq7490

–清華大學、inature