非晶中的動力學缺陷：流變單元

深入理解材料的結構-性能關系是人們對材料體系進行按需設計和性能調控的重要前提和理論基礎。在晶態材料中，由于周期性長程有序的原子排布，結構缺陷可以很好地被定義，并且很大程度上決定了材料的性能。例如，基于經典的位錯理論，人們已經實現了對許多傳統晶態合金體系的按需調控并將其應用于極端服役條件，如航空航天、國防領域等。然而，對同等重要并被廣泛運用的非晶態材料（亦稱玻璃態材料），由于其無序結構的復雜性，人們很難直接定義這種結構上的缺陷并建立起結構與性能的關聯，制約了非晶態材料的高效研發和性能優化。

圖1. 非晶中的流變單元

近年來，人們發現，非晶體系中不同微觀區域具有迥異的動力學行為，表現為時空的不均勻性。這種不均勻性的存在以及玻璃態中動力學弛豫行為的特性，不符合經典的無序理論和范式，預示了在無序體系中存在動力學缺陷的可能性。非晶合金（亦稱金屬玻璃）不僅具有優異的性能，同時具有相對簡單的結構和價鍵結合，很適合作為模型體系進行研究。中國科學院物理研究所汪衛華研究組通過系統實驗，在非晶體系中發現了動力學缺陷存在的證據，提出了流變單元的概念，并對其進行了深入的研究。如圖所示，流變單元具有較高的能量和較快的動力學特性，容易被激發而作為承載形變的基本單元，并表現出類似液體的行為。后續研究發現，流變單元不僅可以用來解釋玻璃轉變和動力學弛豫等物理學難題，還能與玻璃態的塑性和流變等力學行為建立起直接關聯，具有重要的科學意義，為應用研究提供了指導。

《國家科學評論》（National Science Review, NSR）最近發表了由中國科學院物理研究所王崢博士和汪衛華研究員共同撰寫的綜述文章“Flow Units as Dynamic Defects in Metallic Glassy Materials”（Natl Sci Rev?2018; doi: 10.1093/nsr/nwy084）。文章系統介紹了非晶體系中流變單元的相關研究進展。對流變單元的研究有助于理解金屬玻璃等非晶態材料的本質。其中創新性提出的結構-動力學-性能關系，更為非晶態材料的性能調控提供了新的思路和方法。

原文信息：

Flow Units as Dynamic Defects in Metallic Glassy Materials

Zheng Wang and Wei-Hua Wang

Natl Sci Rev?2018; doi: 10.1093/nsr/nwy084

https://doi.org/10.1093/nsr/nwy084

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