自1959年美國加州理工大學(xué)研究者首次發(fā)現(xiàn)非晶合金（又稱金屬玻璃或液態(tài)金屬）以來，其優(yōu)異的性能引起人們的廣泛關(guān)注，在變壓器、醫(yī)療器械、運(yùn)動(dòng)器材、電訊產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。然而，每一種常用的晶體材料合金體系都有確定的相圖，依據(jù)相圖可以方便地調(diào)控其組織結(jié)構(gòu)，獲得理想的綜合性能。非晶合金由于其紛繁復(fù)雜的原子結(jié)構(gòu)（短程有序、長程無序），使其相變問題成為困擾學(xué)界逾四十年的難題。南京理工大學(xué)格萊特納米科技研究所（HGI）青年教師蘭司（第一作者）與香港城市大學(xué)王循理教授通過與中、美、澳、日等國科學(xué)家深度合作，采用原位中子散射、同步輻射高能X-射線衍射等先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段，探明了非晶合金中潛在相變過程的微觀機(jī)制，為通過常規(guī)熱處理手段調(diào)控非晶合金的結(jié)構(gòu)提供了新的思路。文章于2017年3月17日發(fā)表在《Nature Communications》（自然通訊）（Hidden Amorphous Phase and Reentrant Supercooled Liquid in Pd-Ni-P Metallic Glasses. Nature Communications, 8, 14679. DOI：10.1038/NCOMMS14679.）。期刊編輯指出：“以鈀-鎳-磷玻璃為原型的非晶合金中遠(yuǎn)低于結(jié)晶溫度下出現(xiàn)的熱力學(xué)異常放熱峰困擾了該領(lǐng)域逾四十多年。該文章的作者通過利用同步輻射高能X-射線和中子散射，為該異常放熱峰對(duì)應(yīng)的非晶多型性相變提供了直接證據(jù)，發(fā)現(xiàn)相變過程短程有序結(jié)構(gòu)變化非常小，而中程有序尺度結(jié)構(gòu)變化顯著。”

    這一研究揭示了非晶合金中的一種新型隱藏非晶相。該研究發(fā)現(xiàn)鈀-鎳-磷非晶合金加熱升溫過程中的異常放熱峰伴隨著非晶態(tài)相轉(zhuǎn)變，當(dāng)合金加熱到玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)，普通的非晶相會(huì)先轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)具有更高有序度的隱藏非晶液相，而后在更高的溫度下重新轉(zhuǎn)變?yōu)樽畛醯姆蔷?。這一相變過程中非晶的短程有序結(jié)構(gòu)并無明顯變化，然而中程有序結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。該研究揭示的液態(tài)相變點(diǎn)位于玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上、晶化溫度以下，對(duì)應(yīng)明顯的異常放熱現(xiàn)象。基于此建立的非晶合金相圖可以使研究者通過傳統(tǒng)的熱處理方法來調(diào)控非晶合金原子乃至納米尺度的結(jié)構(gòu)，從而調(diào)控合金的性能。類似的奇異放熱現(xiàn)象通常與高的非晶形成能力聯(lián)系在一起，因此該研究成果對(duì)于開發(fā)具有優(yōu)異非晶形成能力的合金體系及其結(jié)構(gòu)-性能調(diào)控等都具有重要意義。

    上圖：具有隱藏非晶相和奇異放熱現(xiàn)象的典型非晶合金（又稱金屬玻璃或液態(tài)金屬）。下圖：鈀-鎳-磷非晶合金準(zhǔn)二元相圖及升溫過程非晶態(tài)相變順序示意圖。

    通過國際合作，格萊特研究所與美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)光源中心、澳洲中子源等大型科學(xué)裝置建立了長期的合作關(guān)系，獲得了這些大科學(xué)裝置的使用權(quán)限和免費(fèi)機(jī)時(shí)資源，為接下來南京理工大學(xué)在先進(jìn)材料領(lǐng)域使用這些大型科學(xué)裝置進(jìn)行深度國際合作奠定了基礎(chǔ)。

    此次蘭司與領(lǐng)域內(nèi)國際專家合作突破非晶領(lǐng)域逾四十年的難題，是格萊特研究所正在取得研究進(jìn)展的一個(gè)印證。成立四年多來，格萊特研究所先后獲得江蘇省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、江蘇高校協(xié)同創(chuàng)新中心、教育部和國家外專局111引智基地、國家級(jí)國際聯(lián)合研究中心、國家自然科學(xué)基金委國際合作重點(diǎn)項(xiàng)目等資助，沿著“引團(tuán)隊(duì) à搭平臺(tái) à立項(xiàng)目 à攻難題……”的道路一步一個(gè)腳印，穩(wěn)步前行。

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