|
|
|
|
|
我国科学家揭示金属玻璃微观结构稳定新机制 Engineering |
|
|
论文标题：The Nanoscale Density Gradient as a Structural Stabilizer for Glass Formation
期刊：Engineering
DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.01.010
微信链接：点击此处阅读微信文章
中国钢铁研究总院周少雄联合中国科学院院士、中国科学院物理研究所汪卫华等科研人员，在中国工程院院刊《Engineering》发表题为 “The Nanoscale Density Gradient as a Structural Stabilizer for Glass Formation” 的研究性文章。该研究揭示了合金熔体玻璃化过程中纳米密度梯度对金属玻璃微结构的稳定作用，为深入理解金属玻璃微观结构本质提供了关键线索，有望推动金属玻璃在更多领域的应用。
金属玻璃，又称非晶态合金，因其独特的原子排列方式，具有高强度、高硬度等优异性能，在折叠手机铰链、汽车门锁扣等领域广泛应用。然而，其微观结构的复杂性一直是材料科学领域的研究热点和难点。此前研究虽对金属玻璃的短程序结构有所了解，但模拟计算与实际制备条件差异较大，且难以获取熔体玻璃化凝固过程中结构演变的信息。
此次研究中，科研人员选择了 ZrCuAl 系金属玻璃中的Zr60Cu30Al10合金作为研究对象。他们利用电子断层成像和基于非晶模型的成像模拟技术，对金属玻璃中的纳米密度梯度结构展开深入探究。
研究发现，纳米密度梯度结构源于熔体玻璃化凝固过程中不同原子堆垛密度的原子团簇再分布。在熔体向金属玻璃转变时，过冷熔体内低原子堆垛密度的非二十面体团簇围绕高原子堆垛密度的二十面体和类二十面体团簇，形成了纳米密度梯度结构。这种结构不仅能稳定过冷熔体的结构，还能保留在金属玻璃中，对金属玻璃的微观结构稳定起到了关键作用。
图. 从熔体到金属玻璃的微观结构演化简单示意图。初始熔体中的单个团簇随温度下降而生长，并在过冷熔体中形成纳米密度梯度结构，最后纳米密度梯度结构在玻璃化转变温度凝固在金属玻璃的结构中。
通过三维重构像，科研团队还观察到金属玻璃中存在各种形貌复杂的团簇结构，且这些团簇的表面形貌与表面能密切相关。在团簇生长过程中，表面重构会使团簇形貌发生变化，以达到表面能最小化。此外，大尺寸团簇之间的相互连接会导致原子分布和结构的改变，进而影响纳米密度梯度结构的数量和分布。
该研究首次明确了纳米密度梯度结构与金属玻璃微观结构稳定性之间的关系，揭示了从熔体到金属玻璃转变过程中微观结构的演变机制。这一成果不仅有助于科学家更深入地理解金属玻璃的微观结构本质，还为开发新型金属玻璃材料、优化材料性能提供了理论指导，有望推动金属玻璃在航空航天、电子信息等领域的进一步应用。
引用：
Shaoxiong Zhou, Bangshao Dong, Yanguo Wang, Jingyu Qin, Weihua Wang. The Nanoscale Density Gradient as a Structural Stabilizer for Glass Formation. Engineering, 2023, 29(10): 120–129
Open access
开放获取论文
https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.01.010
更多内容
中南大学喻海良教授团队成功制备高强度高延展性纯镍薄板
新研究揭示茂金属催化剂下烯烃共聚奥秘，助力聚烯烃材料创新
我国科研团队研发新型难熔高熵合金，超高温强度优异
谭久彬院士团队研发新型微波吸收器，实现光学透明与热可调吸收性能突破
李静海院士团队：未来数据系统的逻辑与架构
特别声明：本文转载仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用，须保留本网站注明的“来源”，并自负版权等法律责任；作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜，请与我们接洽。
