金属玻璃原子结构与力学性能关系的研究

The brittle mechanical behavior of metallic glasss is one of the most active fields in materials science. It is known that mechanical property of metallic glasses strongly link with their atomic structure. The correlation between atomic structure and mechanical property of metallic glasses is still an open question. In this project, we will use a combination of state-of-the-art experimental techniques, i.e., synchrotron radiation-based high-flux, high-resolution in-situ tensile x-ray diffraction, x-ray absorption fine structure, and imaging and computational techniques, i.e., reverse Monte Carlo, classic and ab initio molecular dynamics simulation, to resolve the atomic-level structure and electronic structure of metallic glasses under tension. The results obtained in the present iresearch program will reveal the evolution of atomic structure of metallic glasses under tension, uncover the origin for the elastic limit from atomic structure point of view, atomic structure in shear bands and formation of shear bands. Finally, we will develop 1-2 novel metallic glasses.

金属玻璃材料的脆性本质是基础科学研究的前沿。金属玻璃材料的力学性能与原子结构有着紧密联系。然而，在应力作用下金属玻璃材料中局域原子的变化规律到目前为止还并不是很清晰，人们依然不能回答剪切带的原子结构是什么,与基体材料原子结构有何差异,剪切带是如何产生和扩展的，裂纹是如何在剪切带上产生等问题。所以对金属玻璃材料原子结构的深入研究必将加深人们对这种先进材料力学性能的理解，为了推进这种先进材料的工业化应用。本项目拟将采用先进同步辐射实验技术（原位拉伸X射线衍射、吸收谱和成像)和先进理论计算与模拟方法（反蒙特卡罗、第一性原理和经典分子动力学），系统地研究金属玻璃在拉伸条件下原子电子结构随应力的变化规律, 揭示金属玻璃材料弹性极限与原子结构的内在关系，阐述金属玻璃材料中剪切带的原子结构以及形成和发展过程，揭示金属玻璃材料的脆性本质，研发出1-2种具有优异综合性能的新型金属玻璃材料。

金属玻璃材料的脆性本质是基础科学研究的前沿。金属玻璃材料的力学性能与原子结构有着紧密联系。本项目利用先进实验技术（例如同步辐射、电镜等技术）和先进理论计算模拟(反蒙特卡罗, 经典和第一性原理MD, 第一性原理密度泛函理论)方法，研究了金属玻璃的原子结构与力学性能的关系，发现了金属玻璃材料的塑性不仅对测试温度非常敏感，而且在中温区（约0.6倍玻璃转变温度）存在一个塑性极小值，在金属玻璃材料中首次发现这种中温脆性现象，它不同于从低温到高温材料发生脆性到韧性转变的传统认知。深入研究了样品尺寸大小、拉/压应力状态、变形速率、变形温度对金属玻璃发生从局域变形模式到非局域变形模式的转变的影响，揭示金属玻璃薄膜材料室温下呈现出超大弹性应变极限的原子机理、剪切带原子结构和变形行为。