超穩態金屬玻璃的抗老化特性

來源 材料人

責編 劉晶晶

圖片來源：非晶中國大資料庫圖庫

近日，德國哥廷根大學的Konrad Samwer課題組和法國里昂大學/歐洲同步輻射中心（ESRF）的Beatrice Ruta研究員合作，在Physical Review Letters上發表最新研究成果「Anti-Aging in Ultrastable Metallic Glasses」。文章第一作者為哥廷根大學的Martin Lüttich博士。文章通過X射線光子相關光譜，從原子尺度研究了超穩態金屬玻璃的穩定性。作者發現原子尺度的超穩定性是致使超穩態金屬玻璃比傳統極冷方法製備的非晶合金具有更慢弛豫動力學的原因。在接近玻璃轉變點處，出現一個動力學奇異的增速。這一奇特現象叫做反老化，可在勢能圖景框架下進行理解。對所有樣品，結構弛豫過程可以被描述為密度漲落的極度壓縮態，不會受到熱處理的影響。

超穩態非晶合金樣品UMG的動力學變化

由於優異的熱力學和動力學穩定性，超穩態玻璃已成為非晶態物質中極具潛力的新材料。其製備過程是使得超穩定性存在的直接原因：相比於傳統玻璃，超穩態玻璃在勢能圖景中處於更低狀態，這是製備過程（氣相沉積）過程中，原子運動能力增強的結果。在有機體系中獲得首個超穩態玻璃後，于海濱等用氣相沉積方法，製備首個超穩態金屬玻璃（UMG）。傳統的金屬玻璃憑藉其彈性、硬度和耐蝕性等方面的優異性能，被視為在工程技術領域應用的理想對象。美中不足是金屬玻璃這類材料在使用過程中，會發生弛豫從而性能自發演化，這一現象叫做物理老化。超穩態有機玻璃的宏觀研究顯示，該體系中不存在物理老化現象，然而，從微觀角度直接的相關信息還未得到報道。

超穩態非晶合金樣品弛豫動力學表徵

文章中指出：由於超穩定金屬玻璃(UMGs)有望解決傳統金屬玻璃的穩定性問題，其研究具有特殊的意義。通過x射線光子相關光譜學，我們研究了原子水平下UMGs的穩定性。我們在原子水平上發現了超能力的清晰的特徵，這導致了對傳統的(快速淬火的)金屬玻璃的緩慢的鬆弛動力學，並且在一個特殊的加速度的動力學附近的Tg退火。這一令人驚訝的現象，稱為抗衰老，可以在潛在的能量景觀的框架中被理解。對於所有的樣品，結構弛豫過程可以用高度壓縮的密度波動的形狀來描述，不受熱處理的影響，也不考慮玻璃的超能力。

文章呈現了對超穩態金屬玻璃在原子尺度下弛豫過程的詳細研究。不同於傳統的金屬玻璃，超穩態金屬玻璃是最穩定的非晶態物質，在玻璃轉變點附近預退火出現顯著的抗老化效應。這一效應在傳統金屬玻璃中並不存在，從而為超穩態玻璃的奇異特性又增加了一筆。

原文題目：Anti-Aging in Ultrastable Metallic Glasses（Phys. Rev. Lett.，2018，DOI： 10.1103/PhysRevLett.120.135504）

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