圖. 金屬玻璃各類結構年輕化方法的比較：過剩弛豫焓與年輕化實現時間的關系

在國家自然科學基金優秀青年科學基金項目（批準號：11522221）、重大項目（批準號：11790292）等資助下，中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室蔣敏強研究員與中國科學院物理研究所汪衛華院士等合作，在金屬玻璃材料抗老化方面取得重要進展，首次在實驗上實現了一種典型金屬玻璃在超快時間尺度內結構的極端年輕化。相關成果以“Ultrafast Extreme Rejuvenation of Metallic Glasses by Shock Compression”（通過沖擊壓縮實現金屬玻璃超快極端年輕化）為題，于2019年8月23日在Science Advances（《科學進展》）上發表，

論文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw6249。

亞穩態的玻璃材料具有向熱力學平衡態的自發老化（aging）趨勢，同時伴隨著材料性能的劣化。但是，通過外部能量輸入，老化的玻璃物質能夠重新實現結構的年輕化（rejuvenation）。這一反老化（anti-aging）過程一方面有助于對玻璃復雜動力學行為的基本理解，另一方面也有利于玻璃材料的工程應用。

金屬玻璃是一類以金屬鍵結合的新型玻璃態材料。由于不存在位錯、晶界等傳統意義的晶體缺陷，金屬玻璃具有一系列突出的力學、物理性能，作為高速動能武器材料、高性能空間防護材料具有巨大的應用前景。近年來，針對金屬玻璃材料，一系列基于非仿射變形的結構年輕化方法被提出，以期對材料的力學、物理性能進行有效調控。但是，之前所有的年輕化方法都工作在較低應力水平且需要足夠長的時間尺度，因而具有很大的局限性。

蔣敏強研究員及其合作者基于輕氣炮裝置的雙靶板平板撞擊技術，實現了典型鋯基金屬玻璃在約365納秒內快速年輕化到一種高焓極端無序狀態。該技術的挑戰性在于對金屬玻璃施加幾個GPa量級的單脈沖加載和瞬態自動卸載，從而避免剪切帶、層裂等材料動態失效；同時，通過控制飛片撞擊速度，可使金屬玻璃的快速年輕化“凍結”在不同水平。

研究人員從熱力學、多尺度結構和聲子動力學“玻色峰”三個角度，對金屬玻璃的超快年輕化過程進行了全面研究，揭示出玻璃結構年輕化源于納米尺度原子團簇以“剪切轉變”模式誘導的自由體積產生。基于這一物理機制，并采用蔣敏強等之前提出的非晶塑性模型，定義了一個無量綱Deborah數，從理論上闡明了金屬玻璃超快年輕化的時間尺度可能性。

該研究工作使實現金屬玻璃結構年輕化的時間尺度提高了至少10個數量級，拓展了這類材料的應用領域，也加深了人們對玻璃超快動力學的認知。