圖說：與材料結構有關的虛構溫度會顯著影響金屬玻璃的韌性。上圖展示了不同虛構溫度（從左到右遞增）的金屬玻璃的刻痕樣品從脆性到延展性的變化，在凹槽前面的黃色標記區域顯示了這一點。
塊體金屬玻璃（BMGs）是由複雜的多組分合金製成的一種材料，它們在高溫下具有可塑性，在室溫下則具有金屬的強度。BMGs的性能歸功於其獨特的原子結構：當金屬玻璃從液體冷卻為固體時，其原子會隨機排列，且不會像傳統金屬那樣結晶。
幾個世紀以來，研究人員一直對這種材料在轉化過程中到底發生了什麼感到困惑，此外，轉化過程是如何影響其性能的也是未知。現在，8月16日發表在《自然通訊》雜誌上的一項研究提供了關鍵信息。
由耶魯大學機械工程與材料科學教授Jan Schroers領導的研究小組發現，這些謎題的關鍵在於一種被稱為“虛構溫度”（fictive temperature）的非標準量。虛構溫度關注於材料的結構而不是熱量。BMGs內部的結構在從液體到固體的轉變過程中就在不斷髮生變化，反之亦然。“每次你稍微改變它的溫度，整個結構——裡面的每個原子——就會改變它的位置，” Schroers說。“這在傳統的材料中根本不會發生。”
文章作者之一、以色列魏茨曼科學研究所的化學和生物物理學教授Eran Bouchbinder說：“我們注意到，普通溫度所起的作用——熱能或動能——關係不大。而結構變化——虛構溫度——是非常重要的。”
這一發現代表了該領域的變革性突破，並且可以使BMGs的加工更可靠。要想在承重應用中廣泛使用BMGs，關鍵是要始終如一地獲得具有更大彈性的BMGs（即“斷裂韌性”）。
研究人員將重點放在虛構溫度上，他們開發了一種程序，使他們能夠在材料轉變為固體時控制其結構。
這項實驗的負責人、研究生Jittisa Ketkaew說：“將易碎的玻璃變成延展性好、不斷裂易彎曲的玻璃，幾乎就像‘鍊金術’。最讓研究人員驚訝的是，逐漸變化的虛構溫度帶來了斷裂韌性的巨大變化。”
編譯：Coke 審稿：alone 責編：張夢
期刊編號：2041-1723
原文鏈接：https://scitechdaily.com/scientists-uncover-key-element-to-how-glasses-transition-into-resilient-states/
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