從1998年開始，中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）汪衛華研究組通過大量實驗，系統地研究了非晶合金形成、結構、力學性能和彈性性能，從彈性模量（基於原子間作用力等微觀因素的宏觀統計物理量）的角度來研究非晶結構及性能的關係，認識非晶中一些基本問題，取得重要研究成果。
鑑於這些在非晶彈性性能研究和建立非晶的彈性模型方面系統的工作，應Progress in Materials Science刊物（影響因子16.5）主編Arzt教授的邀請，汪衛華研究組為該刊物撰寫了長170頁的綜述論文The elastic properties, elastic models and elastic perspectives of metallic glasses，系統總結了非晶合金彈性性能和彈性模型以及彈性模型在認識、理解非晶基本問題上的作用的工作。
非晶合金是金屬熔體經過快速凝固而得到的結構無序的亞穩材料。雖然從液態到玻璃態沒有傳統意義上的相變發生，非晶材料弛豫時間尺度卻從液態的（～10－10秒）變化到玻璃態的 （～100秒）；由於非晶缺少微觀尺度的特徵結構，表徵與建立其結構與性能的相關性從基本理論到實驗手段上都極其困難，其宏觀性能與微觀結構的相關性還很不清楚。另一方面，由於金屬熔體溫度高，容易氧化，過冷度低，對金屬液體在快速凝固過程中的動力學變化特徵了解得很少。因此，與晶態相比，非晶合金形成的機理、非晶的特性、形變及結構穩定性的研究是相當困難的問題。人們對非晶合金在結構、性能上的一般規律了解甚少。這些因素嚴重製約了非晶合金材料的設計和探索、加工以及工程應用。
汪衛華研究組近年來的主要研究成果包括：
（一）系統地研究了非晶合金以及其它非晶材料的彈性性能，利用大塊非晶的大尺寸和高結構穩定性的特點，系統、精確地測定了大量不同非晶合金以及其它典型非金屬玻璃的彈性模量，包括楊氏模量、切變模量、體彈模量、泊松比，德拜溫度，Grueneisen常數等。精確地測定了這些參量隨溫度、壓力、結構弛豫、形變的變化規律。積累了大量非晶合金和很多其它玻璃材料的彈性、力學和物理性能參數。這些系統的數據為深入研究、理解非晶結構的特徵及其和性能的相關性提供了可能性和條件，為認識非晶的本質，非晶形成機理，玻璃轉變，非晶新材料的開發和性能的改善提供了實驗基礎。
（二）在系統研究非晶合金的彈性及其隨結構變化規律的基礎上，綜合分析本組和他人大量非晶彈性性能研究成果，建立了非晶合金彈性模量模型：即把非晶合金的形成、形變、弛豫統一地用流變的物理圖像加以描述，其流變的勢壘由彈性模量控制，流變的勢壘和彈性模量成正比。該模型揭示了彈性模量是控制非晶合金形成、性能和穩定性的關鍵物理因素。根據該模型，表徵非晶合金其它物理量（如描述固液轉變的玻璃轉變溫度，描述力學性能的強度、硬度、韌性，描述液體性質的「流動激活能」，描述非晶形成能力的參量等）與實驗上能精確測定的非晶彈性模量直接關聯。該模型預言了很多重要結果，如預言玻璃轉變溫度與楊氏模量成正比的結果，為他們實驗合成一系列有特性的非晶合金材料奠定了理論基礎。該模型為研究、理解非晶合金領域的重要科學問題，探索新型非晶合金材料提供了新的理論。
（三）非晶材料的形成機理是本領域的核心問題。已有的表徵非晶形成能力的判據主要用於成分探索，不能控制和預測非晶性能和穩定性。他們通過試驗和理論分析建立了非晶彈性模量與其韌性、強度、硬度、液體性質，振動特性、穩定性、玻璃轉變，晶化，形成能力等的關聯，同時發現非晶合金模量M和其組元模量Mi成分c滿足關係：M=Σci?Mi。從而提出通過調控非晶模量來控制其性能、穩定性和形成的模量判據。包括：泊松比和非晶的形成能力關聯的準則，非晶合金塑性判據（泊松比大的非晶合金塑性大），強度判據（模量高的非晶具有高強度和硬度），以及穩定性判據（體彈性模量高的非晶合金具有高穩定性），模量與玻璃轉變溫度及Debye溫度的關聯。模量判據為探索性能可控的非晶合金材料提供了新的方法，在非晶合金材料探索研究中發揮重要的作用。
（四）根據彈性模量判據，研製出十多種有自主智慧財產權、具有優異結構和功能特性的新型大塊非晶合金新材料。獲授權專利15項，其中既有塑料的熱塑性、穩定性和形成能力，又具有金屬合金優良的力學性能和導電特性的鈰基金屬塑料獲美國專利。金屬塑料工作還引發了廣泛的跟蹤和拓展研究。對這些非晶合金的性能的研究取得了多項有科學與應用價值的結果。
上述研究結果從1999年開始，陸續在Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. B， Appl. Phys. Lett. J. Appl. Phys. Acta Mater等刊物上發表論文50多篇。文章被廣泛引用3500多次，多個著名科學期刊發表專題評論評價相關的工作。如美國《材料學會會刊》出版的非晶合金專輯、美國《現代物理評論》以及《今日材料》關於非晶物理的綜述文章都介紹或評述了這些工作。此外，《自然》在亞洲的材料網對相關的非晶研究工作先後作了4次專門報導。其中彈性性能和模型以及新型稀土基塊體非晶合金研製的工作2010年獲國家自然科學二等獎。
相關研究工作得到國家自然科學基金項目、973項目和中國科學院的資助。
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（責任編輯： HN666）