纳米量级非均匀尺度对非晶合金塑性和弛豫的影响

Amorphous alloys, also known as metallic glasses, are novel materials with excellent performance and wide application prospect. However, due to shear localization and strain softening of the amorphous alloy，their plasticity at room temperature is depressingly low. Recent studies show that: (1) the deformation behavior of the amorphous alloy will change when it is close to the nanometer scale, and (2) nanometer-scale heterogeneity can significantly change the relaxation and plasticity behavior of the amorphous alloy. The influence of nanometer-scale heterogeneity on the plasticity and relaxation of amorphous alloy has not been systematically studied. This project uses different vapor deposition conditions to modulate the heterogeneity scale of the amorphous alloy. By comparing the deformation and relaxation of the amorphous alloy with different heterogeneity scale, we try to establish the correlation of the heterogeneity scale and the mechanical and relaxation behavior of amorphous alloy. The project can help us understand the microscopic deformation and relaxation mechanism of amorphous alloy, and provide guideline for designing amorphous alloys with excellent mechanical properties.

非晶态合金，也称为金属玻璃，具有优异的性能，是一类应用前景广泛的新型先进材料。但由于剪切局域化和应变软化，非晶合金的室温变形能力很差。最近的研究表明：当非晶合金接近纳米尺度时变形行为将发生改变；纳米尺度的不均匀性可以显著改变非晶合金的弛豫和塑性。非晶合金纳米量级的不均匀性对力学和弛豫行为的影响还没有进行过系统的研究。本项目利用不同的气相沉积条件，有效调控非晶合金纳米量级不均匀尺度的大小。通过研究纳米尺度的不均匀性对非晶合金变形和弛豫行为的影响，并和传统的非晶合金条带进行对比，建立非晶合金纳米量级的不均匀尺度和力学性能的关联。项目的开展可望提高人们对非晶合金变形微观机制的认识，对设计良好力学性能的非晶合金具有指导意义。

非晶态合金由于其优异的性能而得到了广泛的关注。比如非晶态合金优异的软磁性能被广泛的应用于非晶变压器，是国家大力发展的新型清洁能源之一。非晶态合金可以看做金属原子的无序堆积，是最简单的非晶态物质。通常认为非晶态合金的微观结构与硬球的无序堆积类似，但这一推测至今缺乏严格的实验证据。通过对非晶态合金性质的研究，可以加深我们对非晶态合金微观结构的认识，从而帮助我们设计出性能优异的非晶态合金。. 非晶态合金的摩尔体积与体模量紧密相关。摩尔体积的测量需要知道非晶态合金的密度，这需要在制备非晶态合金以后通过密度的测量才能得到。我们发现用平均原子体积代替摩尔体积后，这一关联仍然成立。由于非晶合金的平均原子体积可以通过原子半径的计算直接得到，这就为设计特定性能的非晶态合金提供了理论指导。.进一步的研究发现，非晶态合金的平均原子体积不但与弹性模量存在关系，还与非晶态合金的玻璃转变温度关系密切。除了非晶态合金的平均原子体积外，组成非晶态合金的原子半径的差异也对非晶态合金的性能产生了显著影响。非晶态合金的原子半径差异可以影响其堆积密度，即对非晶态合金中的缺陷产生影响。当原子半径差异较小时，非晶态合金的倾向于疏堆。当原子半径差异较大时，非晶态合金倾向于密堆。非晶态合金的这种堆积倾向会对其泊松比产生影响。非晶态合金的泊松比与其力学性能紧密相关，该研究有利于为设计具有优异力学性能的非晶态合金提供理论依据。. 该研究通过理论推导得出了非晶态合金原子尺寸与弹性模量和玻璃化转变温度的关系，并通过大量的实验数据加以验证。该研究所得的的非晶态合金中的关系有助于理解非晶态合金基本性质，为非晶态合金的设计提供了理论支持。