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東京大學:是什么讓合金容易玻璃化?
2021年01月08日    閱讀量:1747    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

東京大學生產技術研究所的田中肇教授和 Hu Yuan-Chao 特任研究員組成的研究團隊利用分子動力學模擬,研究了哪些物理因素決定著由多種原子組成的混合物質是容易結晶還是容易變成玻璃。


研究團隊利用分子動力學模擬,研究了具有不同玻璃形成能力的3種模型金屬Zr、CuZr及NiAl的結晶化和玻璃化。由此發現,這些金屬的結晶驅動力(晶體的自由能與液體的自由能之間的差異)雖然沒有明顯差異,但液體與晶體的界面張力存在很大的差異中國建材網cnprofit.com。此外,這些液體的原子擴散也沒有明顯差異,說明這些金屬的玻璃形成能力的差異主要是由液體與晶體之間的界面張力控制的。

研究團隊還發現,界面張力是由液體中自發形成的結構秩序及其結構內的原子組成決定的。已確認,這些結構秩序中包括與晶體具有相似結構的晶體前體和不符合晶體對稱性的正二十面體結構(圖1)。

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圖1:CuZr(左)、NiAl(中)、Zr(右)在過冷卻狀態下的局部穩定結構快照。屬于正二十面體結構的原子用紅色表示,屬于晶體前體的原子用藍色表示。


從理論上說,當液體中自發形成的局部穩定結構與晶體的取向對稱性相似,而且原子組成也沒有明顯差異時,這種結構在晶核的形成中就會作為促進結晶的前體發揮作用,因此更容易形成晶核。研究還表明,界面張力不僅控制晶核的形成,對晶體的生長也有很大影響。傳統的晶體生長理論認為,晶體生長速度與界面張力無關,此次的發現強烈表明,傳統模型存在嚴重的缺陷,需要明確考慮液體中形成的局部秩序對晶體生長的影響?!?/p>


這意味著,如果對液體中自發形成的低自由能結構的對稱性及原子組成進行設計,使其與晶體明顯不同的話,就可以抑制結晶,輕松變成玻璃。這些成果將為物理控制金屬合金的玻璃形成能力和相變存儲器的開關速度提供新的指南,無需依靠經驗,同時還有助于大大加深人們對各種物質的常見現象——結晶的基本了解。


標簽:建材應用,技術中心,建筑基材,建筑材料,金屬材料
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