在國家自然科學基金項目（項目編號：51520105001，51501090，51571170）的資助下，南京理工大學格萊特納米科技研究所青年教師蘭司（第一作者）與香港城市大學王循理教授通過與中、美、澳、日等國科學家深度合作，發(fā)現(xiàn)非晶合金在晶化溫度以下的多形性相變。相關研究成果以“Hidden Amorphous Phase and Reentrant Supercooled Liquid in Pd-Ni-P Metallic Glasses”（Pd-Ni-P 金屬玻璃中的隱藏非晶相以及重入過冷液體）為題于2017年3月17日在線發(fā)表在Nature Communications上。

    左圖：具有隱藏非晶相和奇異放熱現(xiàn)象的典型非晶合金（又稱金屬玻璃或液態(tài)金屬）。右圖：鈀-鎳-磷非晶合金準二元相圖及升溫過程非晶態(tài)相變順序示意圖。

    與長程有序的晶體結(jié)構(gòu)不同，非晶的結(jié)構(gòu)是長程無序的，因此表現(xiàn)出一系列復雜的動力學行為。其中，以鈀-鎳-磷玻璃為原型的非晶合金在遠低于結(jié)晶溫度下會出現(xiàn)熱力學異常放熱峰，困擾了該領域四十多年。

    該研究利用同步輻射高能X-射線和中子散射，發(fā)現(xiàn)鈀-鎳-磷非晶合金加熱升溫過程中的異常放熱峰伴隨著非晶態(tài)相轉(zhuǎn)變。當合金加熱到玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上時，普通的非晶相會先轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€具有更高有序度的隱藏非晶液相，而后在更高的溫度下重新轉(zhuǎn)變?yōu)樽畛醯姆蔷唷＿@一相變過程中，非晶的短程有序結(jié)構(gòu)并無明顯變化，然而中程有序結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。該研究揭示的液態(tài)相變點位于玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上、晶化溫度以下，對應明顯的異常放熱現(xiàn)象。

    基于此建立的非晶合金相圖（如圖所示）可以使研究者通過傳統(tǒng)的熱處理方法來調(diào)控非晶合金原子乃至納米尺度的結(jié)構(gòu)，從而調(diào)控合金的性能。類似的奇異放熱現(xiàn)象通常與高的非晶形成能力聯(lián)系在一起，因此該研究成果對于開發(fā)具有優(yōu)異非晶形成能力的合金體系及其結(jié)構(gòu)-性能調(diào)控等都具有重要意義。

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責任編輯：王元

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