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《Nature》正刊:中科院开发出高温块状金属玻璃

时间:2019-05-06 来源:新材料在线 作者:研究咨询部 点击:38

5月1日,《Nature》报道了中科院物理研究所柳延辉课题组关于金属玻璃的最新研究成果。金属玻璃是指在原子尺度上结构无序的一种金属材料。自1960年发现以来,研究人员已开发出基于各种元素的金属玻璃。然而,非晶合金是典型的多组元合金材料,形成过程极其复杂,多个组元构成的成分空间十分庞大。现行的“一次实验,一个样品”的材料研究方法不仅导致新材料探索效率低,所获得的实验数据也缺乏系统性,使得人们难以全面把握非晶合金形成的主要规律和性能调控机制。


论文链接:https://doi.org/10.1038/s41586-019-1145-z


课题组设计了一种由铱/镍/钽三种金属和硼组合形成的金属玻璃,该金属玻璃的玻璃化转变温度已经高达1162K,且过冷液体区域为136K,比目前的大多数金属玻璃的都宽。对比现有的金属玻璃,作者研制出的Ir/Ni/Ta(B)金属玻璃在高温下具有高强度:在1000K下为3.7千兆帕。其中,它们的玻璃形成能力的特征在于临界铸造厚度为3mm,表明通过热塑性成形可以容易地获得在高温或恶劣环境中应用的小规模部件。同时,作者使用这种简化的组合方法,利用先前报道的玻璃形成能力和电阻率之间的相关性筛选了一些有前景的合金。由于该方法是非破坏性的,所以可以接着同一样品上测试一系列物理性质。总之,报道的方法具有很强的实用性,对发现其他组合玻璃金属具有重要参考价值。

近年来,柳延辉课题组致力于通过自主设计研发适合非晶合金的高通量实验技术和方法,探索综合性能可满足应用需求的非晶合金新材料;结合实验大数据,研究非晶合金的形成机理和性能调控机制,最终实现高性能非晶合金材料的按需设计。课题组取得了一系列进展,比如发现具有室温超大塑性的新型金属玻璃材料 (Science, 315:1385, 2007),建立了金属玻璃变形过程中剪切带的形成与玻璃转变的关联(Physical Review Letters,103:065504, 2009), 实验证明金属玻璃在纳米尺度上结构具有不均匀性(Physical Review Letters, 106:125504, 2011), 揭示了金属玻璃中次级弛豫的原子结构起因 (Nature Communications, 5:3238, 2014),设计开发出可快速筛选金属玻璃材料的高通量制备和表征技术 (Nature Materials, 13:494, 2014), 提出适合复杂合金材料、可同时控制成分和结构的微纳米制造技术(Nature Communications, 6:7043, 2015)等。

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