Science Advances: 这个实验做了近18年！发现打破传统认识
时间2022-09-27
金属玻璃是由合金熔体经过急速快冷形成的一种新型金属材料，其结构长程无序，处于热力学和动力学的亚稳状态。金属玻璃在升温至玻璃转变温度附近易发生老化，各项性能发生劣化甚至结晶。不同的玻璃体系材料具有完全不同的热力学和动力学稳定性，琥珀和硅化物玻璃非常稳定，它们可以保持数十亿年的玻璃态。虽然已经进行了大量关于金属玻璃热稳定性的研究，其最大退火时间通常限制在数小时或数天，到目前为止，关于金属玻璃在玻璃转变温度(大多数金属玻璃的玻璃转变温度在数百度左右)附近进行超长时间退火研究的工作十分有限。因此，略低于玻璃转变温度的长期退火是否最终会导致金属玻璃的去玻璃化或超稳定状态仍然是一个有争议的问题。
来自松山湖材料实验室的张博研究员团队、柯海波研究员团队和中国科学院物理研究所的白海洋研究员团队，在2005年一项研究基础上，探索了Ce基金属玻璃在室温下长达17.7年的超长老化样品的稳定性问题，值得注意的是，Ce基金属玻璃的玻璃转变温度接近于室温，如此接近玻璃转变温度的高温长时间老化实验样品在金属玻璃研究中还从未被报道过。他们发现超长时间高温老化后的Ce基金属玻璃样品依旧保持着完美的非晶态，具有极强的抵抗晶化能力，打破了传统对非晶合金稳定性的认识。相关论文以题为“Ultrastable metallic glass by room temperature aging”发表在Science Advances上。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn3623
图1. Ce基金属玻璃在室温下时效17.7年的组织特征
图2. 不同时效态Ce基金属玻璃的热力学演化行为
图3. 用参数q = (Tf−TK)/(Tg−TK)来描述PEL中玻璃化体系与理想玻璃态的间距
图4. 金属玻璃和琥珀在不同温度范围和不同时间老化后的抗结晶性能
图5. 用于描述不同脆度金属玻璃的能量势垒示意图
总之，作者选用玻璃转变温度为353K的典型Ce基金属玻璃，在室温(接近玻璃转变温度)进行了17.7年的高温物理时效效应研究，提出以玻璃转变温度作为试样的极限虚拟温度，老化过程主要通过比热和焓的演化来进行描述。他们发现Ce基金属玻璃在玻璃化转变温度附近物理时效17年以上可以达到类似琥珀的超稳定状态。获得的超稳定金属玻璃态具有高度的动力学稳定性，具有优异的抵抗结晶和特殊的热力学稳定性，趋向于理想的玻璃态。这种超长时效后的Ce基金属玻璃在不结晶的情况下可以达到平衡液态，其超稳定性归因于其相对简单的能量势垒分布和较强的抗成核能力。（文：Keep real）
文章来源：材料科学与工程
