{首页主词},&

寧波材料所《AM》：基于能量調(diào)控設(shè)計(jì)具有優(yōu)異性能的非晶/納米晶合金

2024-06-11 14:26:18 作者：材料科學(xué)與工程來源：材料科學(xué)與工程分享至：

非晶合金在電力電子、航空航天、催化等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。由于非晶合金具有無序的原子結(jié)構(gòu)特征，難以構(gòu)建結(jié)構(gòu)-性能間的關(guān)聯(lián)，極大限制了高性能非晶合金材料的研制和應(yīng)用。非晶合金處于非平衡亞穩(wěn)狀態(tài)，能量狀態(tài)可以在很大范圍變化，通過精準(zhǔn)控制能量的弛豫過程，可以建立能量-性能關(guān)系，為設(shè)計(jì)性能優(yōu)異的非晶/納米晶合金提供新途徑。

近年來，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所非晶合金磁電功能特性研究團(tuán)隊(duì)在王軍強(qiáng)研究員的帶領(lǐng)下，致力于非晶/納米晶合金的制備和設(shè)計(jì)、弛豫和晶化等亞穩(wěn)特征、磁功能特性研究。

前期研究成果

Adv. Funt. Mater. 2024, 2313355;

Proc. Natl. Acad. Sci. 2023, 120, e2302776120;

Nature Commun. 2023, 14, 8407;

Sci. China-Phys. Mech. Astron. 2023, 66, 256111;

Mater. Today Phys. 2021, 21, 100528;

Phys. Rev. Lett. 2020, 125, 135501;

Acta Mater. 2020, 185, 38;

Phys. Rev. Mater. 2018, 2, 063601;

Acta Mater. 2016, 104, 25;

Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 2567;

近日，該團(tuán)隊(duì)受邀在國(guó)際知名期刊Advanced Materials上發(fā)表題為“Designing Advanced Amorphous/Nanocrystalline Alloys by Controlling the Energy State”的綜述文章，系統(tǒng)總結(jié)了通過調(diào)控能量狀態(tài)設(shè)計(jì)具有優(yōu)異功能特性的非晶/納米晶合金的研究進(jìn)展，尤其重點(diǎn)介紹了非晶合金弛豫規(guī)律、弛豫基本單元——弛豫子的發(fā)現(xiàn)，以及弛豫子相互作用導(dǎo)致的記憶效應(yīng)等，并介紹了非晶能量變化對(duì)催化、磁性、力學(xué)、熱穩(wěn)定性、晶化等性能的影響規(guī)律和機(jī)制（圖1）。

圖1 非晶合金能量地形圖，調(diào)控能量設(shè)計(jì)具有先進(jìn)性能的非晶/納米晶合金

本文重點(diǎn)討論了非晶合金能量演化過程中的弛豫動(dòng)力學(xué)規(guī)律。介紹了利用高精度閃速差示掃描量熱儀測(cè)量非晶合金的熱流變化，探測(cè)到符合德拜模型的基本弛豫單元，提出了 “弛豫子”概念，并在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)特定弛豫子的編程式設(shè)計(jì)，在焓空間中定量表征了不同模式弛豫子的含量（圖2）。作者討論了弛豫子相互作用，及其對(duì)納米晶化和軟磁和磁熱性能的影響。文章指出，兩種不同模式的弛豫子的相互作用具有不可交換的特點(diǎn)，當(dāng)從具有小激活能的β弛豫子跳入具有大激活能的α弛豫子區(qū)間時(shí)，將會(huì)激活能量的記憶效應(yīng)，反之，則不會(huì)出現(xiàn)能量記憶效應(yīng)；根據(jù)β弛豫子對(duì)納米晶形核的影響，研究人員提出一種設(shè)計(jì)微細(xì)納米晶結(jié)構(gòu)的新策略，并基于此設(shè)計(jì)出具有優(yōu)異軟磁和磁熱性能的新型非晶納米晶合金（圖3）。最后，文章對(duì)非晶/納米晶合金研究進(jìn)行展望，討論了影響非晶合金亞穩(wěn)特征的主要因素及關(guān)鍵科學(xué)問題。