基于纳米表征技术的金属玻璃结构非均匀性研究

The investigation and characterization of the nanoscale heterogeneity in amorphous materials is one of the urgent and essential problems in amorphous physics and materials. With the development of characterization methods, the observation of micro/nano scale heterogeneity in the real space of amorphous material has become possible. This project will prepare metallic glass film with different thickness in the nanoscale, and we will investigate the interface effect between substrate condition, such as the desposition time, rate and temperature. Besides, Using advanced nanometer characterization techniques accurate characterization of amorphous thin film structure; and bridge the inherent relationship between the nanoscale heterogeneity and dynamic relaxation by Dynamic Atomic Force Microscopy, etc.

非晶态材料的纳米级非均匀结构的研究和表征是非晶物理和材料领域亟待解决的核心问题之一。近几年，随着一系列非晶态合金材料的微观纳米尺度的表征技术的发展，使得在真实空间中观测到结构在纳米尺度上的不均匀性成为可能。本项目拟制备不同厚度的纳米尺度非晶态合金薄膜材料，并通过改变沉积时间、沉积速率、温度等因素，研究沉积条件等因素对薄膜非均匀性的影响；利用先进的纳米表征技术精确表征非晶薄膜结构特征；通过动态力学分析仪等测试手段，建立非晶纳米尺度结构非均匀性与动力学弛豫间的内在关联性。

本项目通过溅射沉积方法制备了不同组分及尺度的Zr-基非晶薄膜，获得了材料表面非均匀性与材料力学性能的关联；发现非晶薄膜镀层提高了非晶材料的表面粗糙度的同时，抗疲劳性能也大大的提高，尤其在低循环应力下；这是由于材料在溅射的过程中对缺陷进行了补偿，使材料表面应力重新进行分布，有助于延缓剪切带的形成。同时我们研究了磁性非晶合金结构非均匀性和磁性的关系以及对磁性能的调控，包括建立不同应力梯度、退火和极低温深冷处理后应力弛豫对磁性能的影响。发现磁感应强度和有效磁导率随内应力增加呈非线性减小，而矫顽力呈非线性增加；在弯曲应力等温退火，发现应力弛豫和被缩小的磁各向异性相关；冷热循环处理导致了微观结构的回复和老化之间的竞争，这对理解非晶合金应力弛豫和磁性能有重要意义。