我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)材料非晶形成能力的新判據(jù)

    非晶合金（又稱金屬玻璃）兼具金屬和玻璃、固體和液體的特征，呈現(xiàn)優(yōu)異的機(jī)械、物理和化學(xué)性能，在高端裝備、能源、信息等高技術(shù)領(lǐng)域有重要應(yīng)用。然而，非晶合金是典型的多組元合金材料，其元素多樣性和復(fù)雜性使得高性能非晶合金材料的按需設(shè)計(jì)極具挑戰(zhàn)。

    某種合金在特定條件下形成非晶態(tài)材料的難易程度被稱為非晶形成能力（GFA）。這一指標(biāo)也是限制非晶合金工程應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)。在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問題”重點(diǎn)專項(xiàng)支持下，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心柳延輝、汪衛(wèi)華研究團(tuán)隊(duì)在前期研究基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了非晶合金新材料的高通量、流程化研發(fā)模式。

    研究團(tuán)隊(duì)及其合作者分析了5700余種合金的X射線衍射（XRD）圖譜及其與非晶形成能力之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)合金的非晶形成能力與XRD第一峰的峰寬（Δq）有明顯關(guān)聯(lián)。利用Δq-GFA判據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)在Zr-Cu-Cr和Ir-Co-Ta合金體系中發(fā)現(xiàn)了非晶合金新材料，驗(yàn)證了這一判據(jù)的正確性。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探索了Δq-GFA判據(jù)的理論機(jī)制，發(fā)現(xiàn)寬Δq所反映的合金結(jié)構(gòu)整體無序度與幾種特定團(tuán)簇的出現(xiàn)情況有關(guān)，團(tuán)簇構(gòu)型種類越多，越有利于在非晶結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)接近晶體的密堆度。由于每種團(tuán)簇的原子間距不同，其結(jié)果即是Δq所反映的不同。

    上述研究成果改變了傳統(tǒng)認(rèn)為的單一特定團(tuán)簇出現(xiàn)越多，非晶形成能力越強(qiáng)的研究結(jié)論，為認(rèn)識(shí)非晶合金形成機(jī)理給出了新的方向。Δq-GFA判據(jù)的提出也為探索非晶合金新材料提供了便捷、實(shí)用、高效的新判據(jù)，可大幅提高研發(fā)非晶合金新材料的效率，與傳統(tǒng)的“試錯(cuò)法”相比，效率提高200多倍。

Δq在12種典型的非晶合金體系中的分布

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