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我國科學家發現材料非晶形成能力的新判據

發布時間:2021-11-24 15:55:13 | 來源:【科技部高技術研究發展中心 2021-11-23】
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非晶合金(又稱金屬玻璃)兼具金屬和玻璃、固體和液體的特征,呈現優異的機械、物理和化學性能,在高端裝備、能源、信息等高技術領域有重要應用。然而,非晶合金是典型的多組元合金材料,其元素多樣性和復雜性使得高性能非晶合金材料的按需設計極具挑戰。

某種合金在特定條件下形成非晶態材料的難易程度被稱為非晶形成能力(GFA)。這一指標也是限制非晶合金工程應用的關鍵指標。在國家重點研發計劃“變革性技術關鍵科學問題”重點專項支持下,中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心柳延輝、汪衛華研究團隊在前期研究基礎上,實現了非晶合金新材料的高通量、流程化研發模式。

研究團隊及其合作者分析了5700余種合金的X射線衍射(XRD)圖譜及其與非晶形成能力之間的關系,發現合金的非晶形成能力與XRD第一峰的峰寬(Δq)有明顯關聯。利用Δq-GFA判據,研究團隊在Zr-Cu-Cr和Ir-Co-Ta合金體系中發現了非晶合金新材料,驗證了這一判據的正確性。在此基礎上,研究團隊進一步探索了Δq-GFA判據的理論機制,發現寬Δq所反映的合金結構整體無序度與幾種特定團簇的出現情況有關,團簇構型種類越多,越有利于在非晶結構中實現接近晶體的密堆度。由于每種團簇的原子間距不同,其結果即是Δq所反映的不同。

上述研究成果改變了傳統認為的單一特定團簇出現越多,非晶形成能力越強的研究結論,為認識非晶合金形成機理給出了新的方向。Δq-GFA判據的提出也為探索非晶合金新材料提供了便捷、實用、高效的新判據,可大幅提高研發非晶合金新材料的效率,與傳統的“試錯法”相比,效率提高200多倍。

 

Δq在12種典型的非晶合金體系中的分布

 





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