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我国科学家发现材料非晶形成能力的新判据

发布时间:2021-11-24 15:55:13 | 来源:【科技部高技术研究发展中心 2021-11-23】
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非晶合金(又称金属玻璃)兼具金属和玻璃、固体和液体的特征,呈现优异的机械、物理和化学性能,在高端装备、能源、信息等高技术领域有重要应用。然而,非晶合金是典型的多组元合金材料,其元素多样性和复杂性使得高性能非晶合金材料的按需设计极具挑战。

某种合金在特定条件下形成非晶态材料的难易程度被称为非晶形成能力(GFA)。这一指标也是限制非晶合金工程应用的关键指标。在国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项支持下,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心柳延辉、汪卫华研究团队在前期研究基础上,实现了非晶合金新材料的高通量、流程化研发模式。

研究团队及其合作者分析了5700余种合金的X射线衍射(XRD)图谱及其与非晶形成能力之间的关系,发现合金的非晶形成能力与XRD第一峰的峰宽(Δq)有明显关联。利用Δq-GFA判据,研究团队在Zr-Cu-Cr和Ir-Co-Ta合金体系中发现了非晶合金新材料,验证了这一判据的正确性。在此基础上,研究团队进一步探索了Δq-GFA判据的理论机制,发现宽Δq所反映的合金结构整体无序度与几种特定团簇的出现情况有关,团簇构型种类越多,越有利于在非晶结构中实现接近晶体的密堆度。由于每种团簇的原子间距不同,其结果即是Δq所反映的不同。

上述研究成果改变了传统认为的单一特定团簇出现越多,非晶形成能力越强的研究结论,为认识非晶合金形成机理给出了新的方向。Δq-GFA判据的提出也为探索非晶合金新材料提供了便捷、实用、高效的新判据,可大幅提高研发非晶合金新材料的效率,与传统的“试错法”相比,效率提高200多倍。

 

Δq在12种典型的非晶合金体系中的分布

 





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