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《Nature Commun》:高熵金属玻璃取得重要进展
类别:技术交流   日期:2021-9-6  来源:  点击率:12588  打印 关闭



    玻璃化转变,是固体物理和材料科学中尚未解决的关键问题之一,在此过程中,粘性液体被冻结为固体或结构冻结状态。由于均匀阻滞机理,热量测玻璃化转变温度(Tg)与动态力学分析(DMA)确定的动态玻璃化转变(α-弛豫)温度(Tα)趋势一致。

在此,来自日本东北大学的Hidemi Kato & 美国约翰霍普金斯大学的Mingwei Chen等研究者,探索了三个典型的高熵金属玻璃(HEMGs)系统的量热和动态玻璃跃迁之间的关系。相关论文以题为“Decoupling between calorimetric and dynamical glass transitions in high-entropy metallic glasses”发表在Nature Communications上。


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金属玻璃(MG),或玻璃化金属,是通过快速淬灭液体熔体来绕过结晶过程,最终,在实验室时间尺度上产生配置冻结状态而形成的。由于原子结构的无序和非平衡态,MGs表现出独特而不同的热力学和动力学特性,特别是在接近玻璃化转变温度(Tg)时。传统上,量热法的Tg定义为比热突然变化的温度,通常由量热法或热力学方法确定。从动态弛豫的角度来看,随着温度的升高,不同的弛豫响应出现,从局部可逆的β弛豫到全局不可逆的α-弛豫,或伴随着剪切相变区的激活和随后的渗流的动态玻璃化转变(STZs)。通常来说,由于玻璃化转变基本机制的一致性,热重Tg与动态α-弛豫温度(Tα)的变化趋势相同,即Tg高的MGs总是表现出高的

传统的MGs的设计策略是在一个主元素的基础上,在相图的深共晶点附近添加二次元素和更多的元素,但这可能会限制许多具有独特和不同物理力学性能组合的发现。多主元素合金或高熵合金(HEAs)的出现,打破了传统的冶金发展战略,并显示出开发先进结构和功能材料的巨大潜力。由于各组分的浓度均为等摩尔浓度,由于高构型熵、大晶格畸变、缓慢扩散以及鸡尾酒效应的影响,HEAs具有独特的物理和力学性能。高熵金属玻璃”(HEMGs)继承了MGsHEAs的独特性能,具有高热稳定性、低结晶动力学和优越的磁性,体现了多而不同的主题。然而,对HEAs的核心临界行为,特别是缓慢扩散对HEMGs热力学和动力学性质的影响尚未进行系统的研究。

在此,研究者利用等效取代元策略设计了La(Ce)基、Pd(Pt)基和Ti(Zr)MGsHEMGs作为模型系统,研究了高熵对非晶合金结构和动力学的影响。研究者发现HEMGs呈现出一种抑制的动态玻璃化转变现象,即中等量热TgHEMGs代表最高的α-弛豫的活化能。这些从热和力学测量的解耦的玻璃化转变,揭示了高构型熵对过冷液体和金属玻璃的结构和动力学的影响,这与缓慢的扩散和高混合熵降低的动态和空间不均质有关。

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1 熵、量热和动力学行为的混合。

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2 La(Ce)NiAl体系的脆性和粘度行为的研究。

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3 La(Ce)NiAl体系的原子结构和相应的元素分布。

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4 La(Ce)NiAl体系的结晶行为。

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5 La(Ce)NiAl体系的β-弛豫、α-弛豫、玻璃化转变和结晶的活化能。

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6 MGs的结构和能源轮廓示意图。

综上所述,该研究结果对理解熵效应对金属玻璃结构和性能的影响,以及设计具有丰富物理和力学性能的新材料具有重要意义

 

 




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