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陳明偉團(tuán)隊(duì)對(duì)金屬玻璃空間非均勻性的研究 為揭示玻璃轉(zhuǎn)變等核心科學(xué)問(wèn)題提供了啟示

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2017-11-26  瀏覽次數(shù):4047
 非晶中國(guó)消息:最近,上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的陳明偉教授帶領(lǐng)其研究團(tuán)隊(duì)在金屬玻璃結(jié)構(gòu)空間非均勻性方面的研究取得了重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)闡明了非晶體系空間非均勻性的結(jié)構(gòu)起源,為揭示玻璃轉(zhuǎn)變、非晶形變機(jī)制等核心科學(xué)問(wèn)題提供了重要科學(xué)啟示。其相關(guān)研究成果“Correlation between local structure order and spatial heterogeneity in a metallic glass” (DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.215501) 以上海交大為第一單位發(fā)表于物理學(xué)權(quán)威期刊《Physical Review Letters》。論文作者為尖端物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中心的朱凡博士和劉攀特別研究員。
圖1:埃尺度相干電子衍射示意圖

金屬玻璃是一種通過(guò)快速冷卻以抑制其熔體結(jié)晶而得到的非晶合金材料,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)短程有序而長(zhǎng)程無(wú)序。2016年,團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)幅動(dòng)態(tài)原子力顯微鏡(AM-AFM)等表征手段首先在金屬玻璃中發(fā)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的空間非均勻性,并揭示了空間非均勻性是金屬玻璃中弛豫的結(jié)構(gòu)起源(DOI: 10.1038/ncomms11516)。然而由于原子力顯微鏡的技術(shù)限制,空間非均勻性的局部結(jié)構(gòu)一直未得到實(shí)驗(yàn)上的解答。

圖2:金屬玻璃結(jié)構(gòu)的空間非均勻性在亮區(qū)和暗區(qū)的埃尺度相干電子衍射花樣

基于以前的工作,研究人員通過(guò)埃尺度相干電子衍射(圖1, DOI: 10.1126/science.1232450)表征出了空間非均性中不同區(qū)域的局部短程結(jié)構(gòu)。研究表明空間非均勻性由兩種納米尺度的區(qū)域構(gòu)成。其中密度較高的區(qū)域主要包含類二十面體結(jié)構(gòu),另一種密度較低的區(qū)域其結(jié)構(gòu)更為疏松,但包含了幾何失穩(wěn)的類晶體結(jié)構(gòu)(圖2)。這說(shuō)明金屬玻璃中的長(zhǎng)程無(wú)序結(jié)構(gòu)與兩種短程序的協(xié)同作用相關(guān)。該研究加深了對(duì)非晶體系結(jié)構(gòu)不均勻性的認(rèn)識(shí),為人類正確認(rèn)識(shí)非晶體系提供了關(guān)鍵性指導(dǎo),同時(shí)也為揭示玻璃轉(zhuǎn)變、非晶形變機(jī)制等核心科學(xué)問(wèn)題提供了重要的科學(xué)啟示。

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