欧洲团队从原子层面揭示金属玻璃形成过程

柏林，4月27日(记者李山)——最近，一个欧洲研究小组利用来自欧洲同步加速器的X射线研究了金属玻璃的形成过程，从微观角度揭示了合金从液态到固态的“玻璃化转变”过程。这一认识的飞跃将对世界上金属玻璃和其他玻璃材料的研究产生重要影响。

金属玻璃(也称为非晶合金)是一种在快速冷却时(例如，不到1秒钟)不会结晶的合金。与缓慢冷却和结晶的传统合金不同，金属玻璃的原子不形成规则的晶体结构，但通常保持它们在熔体中的位置。这使得金属玻璃像钢一样坚固，像塑料一样有弹性。自1960年问世以来，由于其高强度、大弹性极限、优异的耐磨性、耐腐蚀性、耐辐射性和软磁性能，在国防、电子信息、能源和高科技等领域显示出广阔的应用前景。

然而，在这个“玻璃转变”中，原子水平发生了什么？到目前为止，人们还没有完全理解它。在过去的几十年里，理解玻璃的形成一直是材料科学领域的一个重要挑战。十多年前，类似的研究因技术原因而失败。

最近，由德国萨尔大学的材料科学家伊莎贝拉·加利诺博士领导的研究小组在这一领域取得了重大进展。加利亚纳团队与西班牙医生泽维尔·莫尼耶、丹尼尔·卡加洛西和法国医生比阿特丽斯·芸香属一起进行了一项史无前例的详细研究。他们使用来自法国格勒诺布尔欧洲同步辐射装置(ESRF)的高能x光来研究一种特殊金合金的过冷熔体，特别是它从大约150℃(液体)“冻结”到大约115℃(玻璃态)的过程。他们用一种新的“快速量热仪”来研究冻结过程本身，最终成功地揭示了合金的流动性是如何从原子水平上降低的。

加利诺博士说，人们一直认为，随着原子迁移率的降低，液体的性质相应地降低，而固体的性质稳步增加，但这种一对一的关系并不完全正确。因为合金熔体由不同大小的不同原子组成。尽管像金原子这样的大原子已经被冻结，像硅这样的小原子仍然可以移动。这种集体流动意味着在这个时间点上流动性仍然存在，所以物质的行为仍然像液体一样。只有当更小的原子也冻结时，液体才能最终凝固成玻璃。

研究人员对“玻璃化转变”关键过程的理解有助于创造新材料或理解现有材料的特性。除了金属玻璃，它还将促进世界范围内其他玻璃材料(如聚合物和离子液体)的研究。相关结果发表在最近的科学进展在线。