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《Nature》正刊:中科院開發出高溫塊狀金屬玻璃

時間:2019-05-06 來源:新材料在線 作者:研究咨詢部 點擊:117

5月1日,《Nature》報道了中科院物理研究所柳延輝課題組關于金屬玻璃的最新研究成果。金屬玻璃是指在原子尺度上結構無序的一種金屬材料。自1960年發現以來,研究人員已開發出基于各種元素的金屬玻璃。然而,非晶合金是典型的多組元合金材料,形成過程極其復雜,多個組元構成的成分空間十分龐大。現行的“一次實驗,一個樣品”的材料研究方法不僅導致新材料探索效率低,所獲得的實驗數據也缺乏系統性,使得人們難以全面把握非晶合金形成的主要規律和性能調控機制。


論文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41586-019-1145-z


課題組設計了一種由銥/鎳/鉭三種金屬和硼組合形成的金屬玻璃,該金屬玻璃的玻璃化轉變溫度已經高達1162K,且過冷液體區域為136K,比目前的大多數金屬玻璃的都寬。對比現有的金屬玻璃,作者研制出的Ir/Ni/Ta(B)金屬玻璃在高溫下具有高強度:在1000K下為3.7千兆帕。其中,它們的玻璃形成能力的特征在于臨界鑄造厚度為3mm,表明通過熱塑性成形可以容易地獲得在高溫或惡劣環境中應用的小規模部件。同時,作者使用這種簡化的組合方法,利用先前報道的玻璃形成能力和電阻率之間的相關性篩選了一些有前景的合金。由于該方法是非破壞性的,所以可以接著同一樣品上測試一系列物理性質。總之,報道的方法具有很強的實用性,對發現其他組合玻璃金屬具有重要參考價值。

近年來,柳延輝課題組致力于通過自主設計研發適合非晶合金的高通量實驗技術和方法,探索綜合性能可滿足應用需求的非晶合金新材料;結合實驗大數據,研究非晶合金的形成機理和性能調控機制,最終實現高性能非晶合金材料的按需設計。課題組取得了一系列進展,比如發現具有室溫超大塑性的新型金屬玻璃材料 (Science, 315:1385, 2007),建立了金屬玻璃變形過程中剪切帶的形成與玻璃轉變的關聯(Physical Review Letters,103:065504, 2009), 實驗證明金屬玻璃在納米尺度上結構具有不均勻性(Physical Review Letters, 106:125504, 2011), 揭示了金屬玻璃中次級弛豫的原子結構起因 (Nature Communications, 5:3238, 2014),設計開發出可快速篩選金屬玻璃材料的高通量制備和表征技術 (Nature Materials, 13:494, 2014), 提出適合復雜合金材料、可同時控制成分和結構的微納米制造技術(Nature Communications, 6:7043, 2015)等。

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