描述非晶材料動力學特徵的新參量

2021-01-07 科學網

 

非晶合金, 又稱金屬玻璃，具有優良的機械性能和抗腐蝕能力，廣泛應用於高新技術和日常生活中。由於非晶合金長程無序的結構特徵以及和時間相關的動力學特徵，很難用經典的固體理論和模型來描述非晶態材料的特徵。基於非晶形成液體的粘度對溫度變化響應的不同，Angell定義了動力學脆性參數m，通過這個參數，把非晶合金分成strong和fragile兩大類。同時，實驗和模擬發現，動力學脆性和非晶合金的動力學、結構非均勻性、能量地圖的拓撲結構有關。但是對於大多數非晶合金來說，它們的動力學脆性參數m很難在實驗上進行精確測量，並且m值更多地是反映非晶合金液態的行為。所以需要尋找一種新的參量，能夠更加方便、精確地對非晶合金進行描述。

最近，中科院物理研究所博士研究生魯振、白海洋研究員和汪衛華研究員對十幾種不同體系、具有不同力學和不同動力學行為的非晶合金進行了低溫應力弛豫方面的研究。他們發現，在相同的約化溫度下，非晶合金的應力弛豫行為表現出明顯的差別。基於弛豫快慢的差別，他們定義了一個更容易測量的參數n來表徵、描述不同非晶合金的動力學和結構非均勻性的差異。參數n還可以和該研究組提出的流變單元（flow units）模型相關聯。 一個非晶體系流變單元的激活能的大小和密度的分布能夠通過參數n進行很好的表徵。研究還發現該參數n還和過冷液體動力學脆性參數m以及非晶合金泊松比有關。 總之，參數n可能成為表徵非晶合金的動力學和結構非均勻、結構和性能關係, 非晶本質的重要參數。

該研究成果發表在國內新創辦的英文期刊Science China Materials（《中國科學：材料科學》，原文連結http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs40843-015-0025-6）。該研究工作得到了國家自然科學基金和科技部973項目的支持。

Science China Materials是由中國科學院和國家自然科學基金委員會聯合主辦的《中國科學》系列期刊之一，於2014年底正式創刊。該刊由清華大學李亞棟院士擔任主編，《中國科學》雜誌社出版，並與Springer出版集團合作面向海外發行。該刊主要刊載材料科學及相關領域原創學術論文及評述性文章，設評述、論文、快報、觀點等欄目，主要報導材料科學基礎理論和應用研究方面具有創新性、高水平和重要科學意義的最新研究進展。（來源：科學網）

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