金屬玻璃的超快年輕化

2019-08-26 來源：力學(xué)研究所

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【中玻網(wǎng)】近日，中國科學(xué)院力學(xué)研究所蔣敏強研究員與國內(nèi)外研究人員合作，在玻璃材料舒緩老化方面取得重要進展，初次在實驗上實現(xiàn)了一種典型金屬玻璃在超快時間尺度內(nèi)結(jié)構(gòu)的較端年輕化。相關(guān)成果以“Ultrafast extreme rejuvenation of metallic glasses by shock compression”為題，發(fā)表在Science Advances 5:eaaw6249(2019)。

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　　亞穩(wěn)態(tài)的玻璃材料具有向熱力學(xué)平衡態(tài)的自發(fā)老化（aging）趨勢，同時伴隨著材料性能的劣化。但是，通過外部能量輸入，老化的玻璃物質(zhì)能夠重新實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的年輕化（rejuvenation）。這一反老化（anti-aging）過程一方面有助于對玻璃復(fù)雜動力學(xué)行為的基本理解，另一方面也有利于玻璃材料的工程應(yīng)用。近年來，針對具有廣泛應(yīng)用前景的金屬玻璃材料，一系列基于非仿射變形的結(jié)構(gòu)年輕化方法被提出，以期對材料的力學(xué)、物理性能進行有效調(diào)控。但是，之前所有的年輕化方法都工作在較低應(yīng)力水平且需要足夠長的時間尺度，因此，具有很大的局限性。

　　研究人員基于輕氣炮裝置的雙靶板平板撞擊技術(shù)，實現(xiàn)了典型鋯設(shè)立資金屬玻璃在約365納秒（人眨一次眼所需時間的百萬分之一）內(nèi)快速年輕化到一種高焓較端無序狀態(tài)。該技術(shù)的挑戰(zhàn)性在于對金屬玻璃施加幾個GPa量級的單脈沖加載和瞬態(tài)自動卸載，從而避免剪切帶、層裂等材料動態(tài)失效；同時，通過控制飛片撞擊速度，可使金屬玻璃的快速年輕化“凍結(jié)”在不同水平。

　　研究人員從熱力學(xué)、多尺度結(jié)構(gòu)和聲子動力學(xué)“玻色峰”三個角度，對金屬玻璃的超快年輕化過程進行了一體研究，揭示出玻璃結(jié)構(gòu)年輕化源于納米尺度團簇以“剪切轉(zhuǎn)變”模式誘導(dǎo)的自由體積產(chǎn)生?；谶@一物理機制，定義了一個無量綱Deborah數(shù)，解釋了金屬玻璃超快年輕化的時間尺度可能性。該工作使實現(xiàn)金屬玻璃結(jié)構(gòu)年輕化的時間尺度提高了至少10個數(shù)量級，拓展了這類材料的應(yīng)用領(lǐng)域，也加深了人們對玻璃超快動力學(xué)的認(rèn)知。

　　中國科學(xué)院力學(xué)研究所和西安交通大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的博士生丁淦是論文作者，蔣敏強研究員為通訊作者，中國科學(xué)院物理研究所汪衛(wèi)華院士為共同通訊作者。中國科學(xué)院力學(xué)研究所是論文單位。該項研究工作得到了國家青年科學(xué)設(shè)立資金、國家自然科學(xué)設(shè)立資金重大項目、中科院青促會等資助。

標(biāo)簽：金屬玻璃封接金屬玻璃玻璃的材料

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