中科院力學(xué)研究所在玻璃材料抗老化研究獲進(jìn)展
近日，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所研究員蔣敏強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外研究人員合作，在玻璃材料抗老化方面取得新進(jìn)展，首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了一種典型金屬玻璃在超快時(shí)間尺度內(nèi)結(jié)構(gòu)的極端年輕化。相關(guān)成果以Ultrafast extreme rejuvenation of metallic glasses by shock compression 為題，發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances 5: eaaw6249 (2019)）。 RJ0w3T]7
pBHr{/\5
亞穩(wěn)態(tài)的玻璃材料具有向熱力學(xué)平衡態(tài)的自發(fā)老化（aging）趨勢(shì)，同時(shí)伴隨著材料性能的劣化。但是，通過(guò)外部能量輸入，老化的玻璃物質(zhì)能夠重新實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的年輕化（rejuvenation）。這一反老化（anti-aging）過(guò)程一方面有助于對(duì)玻璃復(fù)雜動(dòng)力學(xué)行為的基本理解，另一方面也有利于玻璃材料的工程應(yīng)用。近年來(lái)，針對(duì)具有廣泛應(yīng)用前景的金屬玻璃材料，一系列基于非仿射變形的結(jié)構(gòu)年輕化方法被提出，以期對(duì)材料的力學(xué)、物理性能進(jìn)行有效調(diào)控。但是，之前所有的年輕化方法都工作在較低應(yīng)力水平且需要足夠長(zhǎng)的時(shí)間尺度，因此，具有很大的局限性。 "]sr4Jg=
3o z ]
研究人員基于輕氣炮裝置的雙靶板平板撞擊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了典型鋯基金屬玻璃在約365納秒（人眨一次眼所需時(shí)間的百萬(wàn)分之一）內(nèi)快速年輕化到一種高焓極端無(wú)序狀態(tài)。該技術(shù)的挑戰(zhàn)性在于對(duì)金屬玻璃施加幾個(gè)GPa量級(jí)的單脈沖加載和瞬態(tài)自動(dòng)卸載，從而避免剪切帶、層裂等材料動(dòng)態(tài)失效；同時(shí)，通過(guò)控制飛片撞擊速度，可使金屬玻璃的快速年輕化“凍結(jié)”在不同水平。 Mq$e5&/
xC|7"N^/
研究人員從熱力學(xué)、多尺度結(jié)構(gòu)和聲子動(dòng)力學(xué)“玻色峰”三個(gè)角度，對(duì)金屬玻璃的超快年輕化過(guò)程進(jìn)行了全面研究，揭示出玻璃結(jié)構(gòu)年輕化源于納米尺度團(tuán)簇以“剪切轉(zhuǎn)變”模式誘導(dǎo)的自由體積產(chǎn)生。基于這一物理機(jī)制，定義了一個(gè)無(wú)量綱Deborah數(shù)，解釋了金屬玻璃超快年輕化的時(shí)間尺度可能性。該工作使實(shí)現(xiàn)金屬玻璃結(jié)構(gòu)年輕化的時(shí)間尺度提高了至少10個(gè)數(shù)量級(jí)，拓展了這類材料的應(yīng)用領(lǐng)域，也加深了人們對(duì)玻璃超快動(dòng)力學(xué)的認(rèn)知。 y0 Ag px
=x= #Etj|
[attachment=95381] g4Tc (k#
金屬玻璃各類結(jié)構(gòu)年輕化方法的比較：過(guò)剩弛豫焓與年輕化實(shí)現(xiàn)時(shí)間的關(guān)系 ~}uTC36C\
力學(xué)所和西安交通大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的博士生丁淦是論文第一作者，蔣敏強(qiáng)為通訊作者，中科院院士、中科院物理研究所研究員汪衛(wèi)華為共同通訊作者。力學(xué)所是論文第一單位。該項(xiàng)研究工作得到國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、中科院青促會(huì)等資助。 gz eG5p
Yk:\oM
相關(guān)鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw6249 m#Rll[
xK
/NzVt
|