Phys. Rev. Lett.：超穩態金屬玻璃的抗老化特性

【引言】

由于優異的熱力學和動力學穩定性，超穩態玻璃已成為非晶態物質中極具潛力的新材料。其制備過程是使得超穩定性存在的直接原因：相比于傳統玻璃，超穩態玻璃在勢能圖景中處于更低狀態，這是制備過程（氣相沉積）過程中，原子運動能力增強的結果。在有機體系中獲得首個超穩態玻璃后，于海濱等用氣相沉積方法，制備首個超穩態金屬玻璃（UMG）。傳統的金屬玻璃憑借其彈性、硬度和耐蝕性等方面的優異性能，被視為在工程技術領域應用的理想對象。美中不足是金屬玻璃這類材料在使用過程中，會發生弛豫從而性能自發演化，這一現象叫做物理老化。超穩態有機玻璃的宏觀研究顯示，該體系中不存在物理老化現象，然而，從微觀角度直接的相關信息還未得到報道。

【成果簡介】

近日，德國哥廷根大學的Konrad Samwer課題組和法國里昂大學/歐洲同步輻射中心（ESRF）的Beatrice Ruta研究員合作，在Physical Review Letters上發表最新研究成果“Anti-Aging in Ultrastable Metallic Glasses”。文章第一作者為哥廷根大學的Martin Lüttich博士。文章通過X射線光子相關光譜，從原子尺度研究了超穩態金屬玻璃的穩定性。作者發現原子尺度的超穩定性是致使超穩態金屬玻璃比傳統極冷方法制備的非晶合金具有更慢弛豫動力學的原因。在接近玻璃轉變點處，出現一個動力學奇異的增速。這一奇特現象叫做反老化，可在勢能圖景框架下進行理解。對所有樣品，結構弛豫過程可以被描述為密度漲落的極度壓縮態，不會受到熱處理的影響。

?【圖文導讀】

圖1：超穩態非晶合金樣品UMG_AP的動力學變化及密度漲落。

(a) 所使用溫度循環周期的方案示意。相對溫度和傳統Cu₅₀Zr₅₀金屬玻璃的玻璃轉變點有關；

(b) 超穩態金屬玻璃的兩點關聯函數在溫度模式下的第一個周期，動力學變化通過沿主對角線的紅色區域的不同寬度來表示,所有兩點關聯函數均已歸一化；

(c) 通過(b)圖得到的每個兩點關聯函數的時間平均，用g²(q,t)表示。

圖2：樣品弛豫動力學表征。

(a) UMG_AP、UMG_ann@0.97Tg和UMG_ann@1.03Tg的強度自關聯函數揭示在退火過程中抗老化；

(b) 預退火UMG、UMG_AP和傳統方法制備的MG的弛豫時間在所選溫度模式下，隨高溫迭代T_h,i的演化。

圖3：在T_h,0溫度測得，預退火溫度T_a對傳統Cu₅₀Zr₅₀MG和UMG的弛豫時間的影響。

兩個內插圖表示在勢能圖景（EPL）框架下對數據的描述。

圖4：不同T_sub溫度制備的三個Cu₅₀Zr₅₀薄膜，在T_h,0下測得的結構弛豫時間。

【小結】

文章呈現了對超穩態金屬玻璃在原子尺度下弛豫過程的詳細研究。不同于傳統的金屬玻璃，超穩態金屬玻璃是最穩定的非晶態物質，在玻璃轉變點附近預退火出現顯著的抗老化效應。這一效應在傳統金屬玻璃中并不存在，從而為超穩態玻璃的奇異特性又增加了一筆。

文獻鏈接：Anti-Aging in Ultrastable Metallic Glasses（Phys. Rev. Lett.，2018，DOI： 10.1103/PhysRevLett.120.135504）

本文由材料人金屬材料組Isobel供稿，材料牛整理編輯。

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