科学家研究出解决非晶合金材料老化难题的新方法

相比于传统的晶态金属材料，非晶合金具有独特的物理和力学性能。但是，非晶态是一种复杂的结构无序体系，在能量上处于亚稳态。通常条件下，非晶合金会发生结构弛豫(Aging)，这种时效作用使非晶合金的物理和力学性能都发生改变，如变脆、老化，这大大限制了非晶合金的大规模应用。如何克服非晶材料的弛豫、老化，一直是非晶材料面临的瓶颈问题。近年来，国内外研究组试图通过表面喷丸、强变形和离子辐照等处理工艺，来解决非晶合金的老化问题。

这些方法都能发挥一定的恢复(rejuvenation)作用，使非晶的某些性能如塑性变形得到不同程度的提高。例如，中国科学院物理研究所汪卫华研究组和剑桥合作的表面喷丸方法可大大提高非晶合金的塑性【Nature Mater 5, 857-860 (2006)】; 他们发展的一种简单室温缠绕法可以方便、有效地调制非晶中的流动单元浓度，实现非晶合金中的室温塑性变形【Phys. Rev. Lett. 113, 045501 (2014).】。但是，喷丸和离子辐照只能影响非晶合金表面的性能，强变形会引入大量的剪切带，这些方法无论是可操作性还是工艺成本，都限制了其工业化应用。

近年来，通过实验和计算机模拟发现，在非晶合金中存在一些纳米尺度的类似于液体的区域。和周围区域相比，类液体区域表现出较低的原子堆积密度，较低硬度和模量，较高的能态，容易剪切变形和容易流动等特性。结合这些研究结果，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)汪卫华研究组提出了流动单元(flow units)模型来理解和解释非晶态物质的物理和力学问题，认为非晶合金中的流动单元类似晶态材料中的缺陷，其浓度、尺寸和能量的分布决定非晶合金的力学等性能，老化及其他特性，通过调控非晶合金中的流动单元，可以有效地提高和改进非晶合金的力学等性能。这些工作对非晶合金性能及老化行为的调控及改性有一定的指导作用。