标签: 金属玻璃

(看图说话)阅读笔记(二)：一种损伤容限玻璃

harrisonhan 2017-10-1 02:12

每期文章评述的首发平台是微信公众号 ：近场动力学PD讨论班，也可以搜索微信号：peridynamics，或扫描文末的二维码加入。 损伤容限 （本段内容翻译自维基百科英文词条“Damage tolerance”）： 损伤容限是一个结构所具有的性质，这种性质表征了结构维持自身材料内部的缺陷处于安全范围的能力，直到该缺陷被完全修复为止。将“损伤容限”作为工程设计因素的理论，假设任何结构的材料内部都有来自加工及使用过程产生的缺陷，包括微裂纹，并且假设这些微裂纹在结构服役过程中还会扩展。目前，基于此假设的理论已经被普遍应用于航空飞行器的设计中，通过采用断裂力学的原理来控制结构中裂纹的扩展。那么，什么样的结构才被认为是具有损伤容限特性的呢？答案是：只要该结构在定期维护程序被执行并发现和修复了意外损伤、腐蚀和疲劳裂纹之前，该结构能保证这些损伤引起的结构剩余强度不低于结构可以接受的临界值，那么该结构就被认为是损伤容限的。 另外，推荐对飞机结构设计感兴趣的朋友们阅读文章 《从安全寿命到损伤容限——飞机结构设计的观念变化与演进》 ，您会对损伤容限概念的发展有更深入的了解。 个人学习心得： 就材料的设计而言，损伤容限概念使得设计的决定因素不再是仅仅追求高强度，而必须同时考虑到比强度、抗疲劳性能、裂纹扩展性能、断裂韧度、耐腐蚀性、寿命期成本等诸多方面。一个损伤容限型材料应该具有高断裂韧性和低裂纹扩展速率的特性，其中断裂韧性通常以应力强度因子K为评价标准，单位MPa·(m)^(1/2)，裂纹扩展速率为da/dN, 单位mm/cycle 。 熊柏青, 惠松骁, 损伤容限钛合金研究进展. 稀有金属材料与工程, 2005. 34(增刊3): p. 130-132. 下面我们进入评述内容，选自2011年发表在期刊《nature materials》上的一篇文章《A damage-tolerant glass》： 由于缺少复杂微结构构型，玻璃材料天生就是即强又脆，而且常常对缺陷极度敏感。在相应的宏观尺度上，它们的失效过程开始时并不发生塑性屈服，又几乎总是以脆性断裂结束。然而，不像传统的脆性玻璃，金属玻璃通常却具有一定的塑性屈服能力，这些塑性屈服是当缺陷出现时以剪切带滑移的形式发生，从而使得金属玻璃展现出的强韧性关系介于脆性陶瓷和最低限度的韧性金属之间。本文给您介绍一种钯合金的块体玻璃，它具有不寻常的阻滞开口裂纹的能力。这种能力来源于裂纹附近出现大量的剪切带滑移过程，使得材料的断裂韧性大幅提高，可与所知的最韧材料的韧性相比较。这个结果也展示出该非晶材料同时具有的强度和韧性（即损伤容限）已经超出了目前所知的最强和最韧材料的范围，其损伤容限的范围已经囊括了晶体金属才有的位置（见下面图五）。 ————————————————————————————————————————————— 图 一: 金属玻璃（Pd79Ag3.5P6Si9.5Ge2）的表征结果： a) X 射线 衍射分析结果。（ X 射线 衍射分析是利用电子对X射线的散射作用，通过相干散射产生衍射，晶态物质的衍射谱图一般由相对较锐的衍射峰组成，非晶态物质的衍射谱图一般为弥散衍射峰。 ） b) 高分辨率透射电镜照片。（透射电子显微镜是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像，影像将在放大、聚焦后在成像器件（如荧光屏、胶片、以及感光耦合组件）上显示出来。摘自维基百科“透射电子显微镜”词条。） c) 图中的箭头从左至右依次指出了：玻璃转化温度Tg=613K，结晶温度Tx=644K，固相线温度Ts=967K，液相线温度Tl=1065K。 玻璃转化温度是指玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互可逆转化的温度。非晶材料在温度较低时，为刚性固体状，与玻璃相似，在外力作用下只会发生非常小的形变，此状态即为玻璃态：当温度继续升高到一定范围后，材料的形变明显地增加，并在随后的一定温度区间形变相对稳定，此状态即为高弹态。 结晶温度即开始结晶的温度，结晶的温度一般高于玻璃转化温度。 固相线温度：此时开始熔化，但只有固态，没有液态。 液相线温度：此时完全熔化，只有液态，没有固态。 ————————————————————————————————————————————— 图二： 金属玻璃（Pd79Ag3.5P6Si9.5Ge2）的拉伸测试结果 a) 块体金属玻璃（Pd79Ag3.5P6Si9.5Ge2）试样的拉伸载荷曲线。灰色的线是线弹性响应的参照曲线。子图放大了该块体金属玻璃在屈服区附近的曲线形状。 b) 断裂表面的显微照片。两个相对的白色箭头标出了剪切滑移错位宽度（shear-sliding offset width，该宽度表明上下两个平面相对滑移的距离）。右下角的子图展示了一个剪切步附近密集的剪切带活动。 ————————————————————————————————————————————— 图三: 金属玻璃（Pd79Ag3.5P6Si9.5Ge2）的 断裂韧性测量结果 。 以下执行的是单边弯曲梁测试（即 single-edge (bend) ，简记为 SE(B)）。测试前，梁一边被开了一个底部半径约5微米的尖口，此时的断裂韧性值是 0 MPa (m)^1/2。 a) 裂尖的张开距离与裂纹扩展距离之间的对应测量结果与拟合曲线。裂尖张开距离按照等间距测量。 b) 由J积分回推出的断裂韧性，即应力强度因子K J与裂纹扩展距离之间的对应测量结果与拟合曲线。 以下c) 图 - k) 图是在测量单边弯曲梁试样（ single-edge (bend) SE(B) specimen）的裂纹阻抗曲线（R-curve）时（即上面b)图），扫描电镜拍摄的照片。测试前，梁一边被开了一个底部半径约5微米的尖口。 c) 图 - e) 图的断裂韧性依次是 c) 0 MPa (m)^1/2， d) 25 MPa (m)^1/2, e) 44 MPa (m)^1/2。c) 图 - e) 图是开裂的初始阶段，沿Prandtl滑移线的断裂韧性值还比较低。 f) 图 - h) 图的断裂韧性骤然提高： f) 64 MPa (m)^1/2， g) 115 MPa (m)^1/2, h) 133 MPa (m)^1/2。在 f) 图中我们可以看到大量的剪切滑移出现，并且还有大的剪切错位发生（ f)图箭头指出），同时也钝化了裂尖，断裂韧性也持续增大。在裂尖局部大应力的情况，一个剪切带被打开（ h)图中箭头所指），随后裂纹进入稳定扩展阶段。 i) 图 - k) 图的断裂韧性稳步提高：i) 144 MPa (m)^1/2， g) 196 MPa (m)^1/2, h) 203 MPa (m)^1/2。最后的 k)图展示了即使试样已经承载了由实验装置施加的最大应变，裂纹仍然没有发生失稳性扩展，也没有导致试样的完全断裂。 ————————————————————————————————————————————— 图四: 剪切滑移机制控制着金属玻璃的韧性 a) 示意图显示在开口应力的作用下，缺陷附近出现的一层层剪切带错位钝化了裂纹尖端。 b) 图展示了金属玻璃（Pd79Ag3.5P6Si9.5Ge2）试样的变形凹口微观照片。图中显示了在裂尖附近大量的塑性阻滞区。在右下角的放大图中，箭头指出了在裂纹扩展之前的塑性滑移过程中出现了50微米宽的剪切错位。 c) 图展示了10种不同金属玻璃的塑性区半径对数与开裂之前剪切流数量之间的对应关系与拟合曲线，图中每种标记代表一种金属玻璃，一共10种不同的金属玻璃，其中右上角值最大的是本文所制备的金属玻璃——钯合金（Pd79Ag3.5P6Si9.5Ge2）。 ————————————————————————————————————————————— 图五： 材料损伤容限（韧性 VS 强度）的 Ashby图 著名的Ashby图，横轴是屈服强度，纵轴是断裂韧性，其中数据几乎涵盖了大部分的工程材料体系，包括 氧化物玻璃，工程陶瓷，工程聚合物，工程金属材料等。右上角的黑色五角星正是本文制备的金属玻璃钯合金。黑色叉是其他的几种金属玻璃材料。紫红色小圆圈是延性夹杂项增强金属玻璃复合材料。氧化物玻璃和陶瓷的屈服强度都很高，可以认为是极限值，但它们的断裂韧性都不高。图中从右上往左下倾斜的等值线是塑性区的半径。图中右上角的箭头指出了金属玻璃类材料的损伤容限（强韧性）发展方向，也指明了将来的研究方向：目前，本文制备的非晶合金材料已经接近金属材料的韧性，并有望在将来突破传统的基准，超越所有的金属，成为真正的高强韧性材料。 ————————————————————————————————————————————— 金属玻璃（Pd79Ag3.5P6Si9.5Ge2）的断裂能和断裂韧性的值已经能和已知的最高韧性的工程金属（如低碳钢）相媲美。如果我们考虑到非晶材料本身的微结构缺少像位错这样的缺陷，而这些位错恰恰能重新排列微结构以抵挡应力并抑制开裂。然而，即使在缺少这些微结构缺陷的情况下，本文制备的金属玻璃仍然能达到如此高的断裂韧性，确实令人赞叹。加之，非晶金属材料正是由于没有了微结构中的缺陷，反而才能达到韧性晶体金属所不能达到的高强度。因此，这种材料出现了一种不寻常的高强韧性组合（即高损伤容限），这个特点可能是已知的块金属所不能比的。也许，在不远的将来有望在金属玻璃领域找到更强更韧的材料，达到高强韧性材料的高峰。 我们开启一个新的文章评述系列：金属玻璃与强韧性。主要是介绍非晶金属材料，俗称金属玻璃，特别是介绍新近的金属玻璃同时具有的高强度和高韧性的特点，以及这些材料的微结构对裂纹扩展的响应机制。虽然这个系列并不涉及近场动力学的建模与模拟，但是通过了解特殊材料的力学特性及内在响应机制有助于我们厘清概念，从而更好地建立用于模拟材料失效的近场动力学模型。 如果你觉得此文对你有帮助，请点赞，谢谢！ ————————————————————————————————————————————— 近场动力学(PD)理论是国际上刚兴起的基于非局部作用思想建立的一整套力学理论体系，该理论通过求解空间积分方程描述物质力学行为，避免了基于连续性假设建模和求解空间微分方程的传统宏观方法在面临不连续问题时的奇异性 ，所以特别适用于模拟材料自发地断裂过程。然而，因为近场动力学的数学理论内容丰富且与传统理论差别较大，目前的相关文献又以英文表述为主，所以很多朋友在一开始学习时会遇到一些困难。因此，我于2016年9月建立了此微信公众号（近场动力学讨论班），希望通过自己的学习加上文献翻译和整理，降低新手学习近场动力学理论的入门门槛，分享国际上近场动力学的研究进展，从而聚集对近场动力学理论感兴趣的华人朋友，为推动近场动力学理论的发展做一点儿贡献！ 黄 丹, 章 青, 乔丕忠, 沈 峰 , 近场动力学方法及其应用 . 力学进展 , 2010. 40 (4): p. 448-459. 每期文章评述的首发平台是微信公众号 ：近场动力学PD讨论班 也可以搜索微信号：peridynamics 或扫如下二维码加入公众号：

4059 次阅读|0 个评论

液态金属合金中会发生“液-液相变”吗？从猜想走向实证

热度 6 JQWangIoP 2015-7-19 21:21

长期以来，对于液体的性质和结构演化等基本科学问题一直悬而未解、挑战着人类的智慧。 例如，液态金属液体的冷却时通常会发生结晶转变，形成结构有序的晶体。然而，某些 合金液体经历过冷后却可避免结晶的发生，发生玻璃转变，冻结成为 玻璃态的固体。迄今为止，其物理本源尚未澄清？ 为什么玻璃形成合金 液体的粘度会随着温度急剧地变化？而其相应的结构变化却在实验上难以被所分辨和探测 ？与之密切相关的核心问题之一便是：玻璃形成合金的液体是否具 有特定的结构？在发生玻璃转变之前是否存在着 “ 液 - 液相变” ？ 最近，华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室的柳林团队、中国科学院物理研究所汪卫华团队、中国人民大学李茂枝团队、美国北卡罗来纳大学（UNC-Chapel Hill）吴跃团队等科学家，利用国家脉冲强磁场科学中心的高温核磁共振平台,并结合分子动力学模拟-方法揭示出玻璃形成合金液体确实存在“ 液-液相变”。此项工作近日由 许巍等 发表在《Nature Communications》上【 6 , (2015) 7696 】， “ Evidenceof liquid-liquid transition in glass forming La 50 Al 35 Ni 15 melt above liquidus temperature” 。 何谓“液-液相变”？众所周知，碳元素可具有多种同素异构体，既可以形成石墨，亦可-形成金刚石； 碳酸 钙（CaCO 3 ） 既可以形成 方解石，也可以文石的形式存在。 这种化学成分相同，但晶体结构不同的现象称为“ 多晶型”现 象，又称“ 多晶型转变”（polymorphism）。在适当的温度、压力条件下， “ 多晶型转变” 可以具有一级相变的特征，即从一种晶相经过两相共存转变为另一晶相。由此人们自然会联想到，类似的 现象及相应的相变是 否也会在液体中发生？即是否 存在有 “ 液-液相变”（liquid-liquidtransition）。 与常见的 多晶型现 象相反， 液-液相变的发生似乎 有悖于人们习惯上的常识。例如，日常生活中我们观察到，意大利美食中使用的橄榄油和醋（水）两种液体，彼此共存而不相溶混，这是由于水和油的分子性质不同，水分子更喜欢与水分子相结合。相反，酒里的乙醇和水却可形成单相的溶液，而不存在多相分离共存的状态，因为它们却有相似的结构单元（如OH根），彼此-间可形成氢键。基于所谓的相似相溶原理可以推断，如果两种液体的组份完全一样，它们的互溶性应该是可期待的。因此， 尽管 相同组份的两个不同的液相共存并不违反热力学定律，但在直觉上难以认同。有趣的是，曾有科学家认为，在热力学平衡熔点以下的深过冷亚稳态水中，可以发生“ 液-液相变”，并且 预测 这很可能是水的许多奇异特性的物理本源。换言之，在特定的温度、压力条件下，会有可能存在有两种性质不同液相的水，混和后会发生“水-水不溶”。然而 ，这一“ 液-液相变”的假设，终 因深 过冷液态水在动力学上的不稳定，极易发生 - 晶化，而无法被实验直接佐证。 由于潜在的“液-液相变”很可能 直接与玻璃形成合金的液体特性相关，诸如，玻璃转变、原子尺度的结构和动力学特征等，因此受到广泛关注。目前 ，所有显示 玻璃形成合金存在“ 液-液相变”的迹象都出现在过冷液态（即合金熔点以下温度区域），亚稳态液体的结晶在 实验上 制约 精细观察和证实“液-液相变”的发生，并且极易被 晶化效应的假象所误导。 这是 目前研究“液-液相变”的瓶颈。不同于晶相之间具有明显的结构差异， 相同组份、不同液相的结构特征差异往往非常的微小。加之液体在原子尺度结构上的长程无序，“ 液-液相变”很难通过传统的实验手段探测、显现。 这是 目前揭示玻璃形成合金“液-液相变”的难点之二。 许巍等采用核磁共振的Knight位移和弛豫时间对液态La 50 Al 35 Ni 15 玻璃形成合金进行了精细的观察，探测到该体系在熔点以上温度存在有“液-液相变”，并且具有一级相变特征的过冷现象。他们用分子动力学模拟方法进一步确认了此相变的结构变化信息，发现整个相变过程中液体的密度并未发生明显变化，但与五重对称性相关的局域结构却发生有突变，证实该“液-液相变”属于由局域结构序参量决定的一级相变。研究结果还表明，局域结构序参量对于决定液体结构和动力学性质具有重要作用，这极有可能对于描述玻璃转变具有重要意义。这一研究结果不仅首次从实验上印证了在可形成非晶态金属的玻璃形成合金在热力学平衡态的熔体中的确存在有“液-液相变”，而且对于进一步深入认识玻璃转变和金属的玻璃形成能力等相关的重要科学问题提供了新的思路。 文章链接: 2015 年7月13日《自然 通讯》 http://www.nature.com/ncomms/2015/150713/ncomms8696/pdf/ncomms8696.pdf 本项研究工作得到国家自然科学基金非晶合金集团项目（资助号： 51271082 ， 51271081 ， 51271195 和 51271197 ）的资助。

个人分类: 金属玻璃|17271 次阅读|9 个评论

“第三届中德金属玻璃双边研讨会”后记

热度 7 jianxu 2015-5-26 17:31

本月 11-15 日在合肥参加了由合肥工业大学承办的“ 第三届中德双边金属玻璃研讨会 ”。 会上的口头报告都是特别邀请的，德方 13 人；中方 23 人；特邀来自美国的 1 人。另外还有以学生为主的展板近 40 个。 会议非常成功。双方在该领域的核心团队基本上都悉数登场。德方对这个会议之所以十分重视，不能不说是对中国在该领域研究水平与贡献的认可。尽管如此，中德之间在科学文化、做研究的风格和终极实力上的差距仍然是很显然的。从某种意义上来说， 如果中国学者们能够在这样的交流中自省，顿悟出科研的真谛，其意义远远大于知识或学术内容上的获取。 但我毫不怀疑，能够有如此认识人并非会有很多。比较明显的是： 中方似乎更喜欢去炫耀自己的工作发表在何种高 IF 的期刊上 ，诸如 N 字系列的；或者是秀一下“我”发表论文的清单。而非去通过报告推介自己在学术上针对某一问题的贡献，或者创造的“净”知识增量。 简言之，“什么问题”是由我解决的。 可能更悲催的是，这种功利驱动的文化不仅导致了某些中国教授的自我膨胀，乃至于进一步传染给我们年轻的下一代研究人员与学生。 中方求量、贪多；德方求质和 insight 。 中方的报告总是讲一大堆东西，每张片子上都有很多内容，报告的时间也经常大幅度超出，总是嫌时间不够用。 20 分钟的报告如果讲到了 30 分钟，那就是误差达到了 50% 。应该说是失败的演讲。忽视（或者惧怕）讨论。报告后的讨论非常重要。如果没留下讨论的时间，讲完了就走。很可能错失了他人宝贵的点评。中方有相当多的工作，数据量很大，但实验设计得不专业；特别是忽视对数据物理本质的理解。诸如，德方开展的利用胶体作为模型材料来研究金属玻璃的结构和动态变化，以澄清玻璃结构和运动学的本质，中方基本上没见到这方面的工作。 集腋成裘，还是一天建成罗马？ 德国的打法是不急不躁（如同他们的足球一样），“吃橘子”式的，扒皮后，一瓣一瓣地吃，且对橘子的结构了解的一清二楚，不会错过有价值的东西。中方大多数的路子似乎是“吃椰子”式的，希望能直吸到心部的椰汁。其实，没看到里面的结构是什么样，不知道椰肉也是能吃的，也从未考虑过是否可将椰汁体积的量化。诸如，德国人通过对若干二元合金液态的扩散、体积与黏度随温度变化的测量，逐渐在澄清微合金化对玻璃形成能力的影响因素。通过微合金化对弯曲变形能力的影响，揭示泊松比是否能够反映金属玻璃的韧 - 脆性等工作，实在是让人折服。 Anyway ，德国人在科学研究上的文化与积淀似乎在相当长的历史阶段仍为我们所不能及，仍需我们仰视与敬畏。弯道超车的结果，九成会发生的是，，，，，。 衷心感谢张博教授的团队对本次会议的成功举办做出的巨大贡献！ 相关链接 参加 “ 第二届中德金属玻璃研讨会 ” Workshop ShouldWork ！ 中德之间，差距何在？

个人分类: 科研感悟|10893 次阅读|12 个评论

[转载]神奇的液态金属材料

JQWangIoP 2015-2-5 19:16

编者按：想必大家对《终结者2》中液态机器人T-1000印象深刻，可以随意变形，可以自行修复，在液态和固态间瞬间切换，简直狂拽酷炫叼炸天啊有木有！那么我们是否真的有一天能够实现如此神奇的材料呢？下面这部短片是在物理所的实验室中拍摄完成的，或许你能从中发现些端倪~ 相关资料： 液态金属技术其液体金属合金材料拥有独特的非结晶分子结构，与传统金属的结晶结构截然不同，这种结构更接近玻璃。 液态金属的特点有低熔点、超强塑形能力、高屈服强度、高硬度、优异的强度重量比、超高的弹性极限、抗腐蚀、高耐磨和独特的声学特性。而其最大的优势便在于高塑性、高强度和高硬度。（转自百度百科） http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTA5NTYxOA==mid=203596036idx=2sn=2d2110f78471e5bcff51a9ebea6cc42bscene=0#rd

5123 次阅读|0 个评论

NSR综述：金属玻璃的次级弛豫

sciencepress 2014-11-18 14:28

处于能量亚稳态的复杂非晶态固体物质中存在各种弛豫行为。弛豫现象起源于多体系统的不可逆过程，取决于一些基本物理定律。这种不可逆的物理及化学过程是使系统微扰和耗散得以进行的必要条件，是维持平衡和进一步演化的前提。研究认识非晶的弛豫行为非常重要，它决定了非晶凝聚态物质的基本特征和应用，因此弛豫研究一直是材料科学和凝聚态物理领域的热点。 在各种非晶玻璃态包括有机高分子 / 小分子玻璃、氧化物玻璃、以及非晶态药物甚至某些蛋白质中，存在两种本征的基本弛豫模式，即主弛豫和次级弛豫，也叫α弛豫和β弛豫。α弛豫涉及非晶中大范围的粒子扩散运动，而β弛豫与非晶体系中局域的、区域的粒子运动行为有关。 由德国哥廷根大学于海滨博士、 Konrad Samwer 教授，中国科学院物理研究所汪卫华、白海洋研究员共同撰写的综述文章“ 金属玻璃的 beta 弛豫 ” 在 《国家科学评论》 2014 年第 3 期发表。这篇综述性论文简述了次级弛豫的研究史，阐述了次级弛豫的基本特征，评述和探讨了可能的原子机制，重点介绍了次级弛豫对深入理解金属玻璃力学性能、变形机制、扩散、剪切带、稳定性与结晶等许多重要问题的关键作用。此外，文章总结了次级弛豫目前的关键问题，并展望了未来研究方向。 玻璃态物质中的弛豫谱示意图 综述原文详见 National Science Review 网站： MATERIALS SCIENCE Hai Bin Yu, Wei Hua Wang, Hai Yang Bai, and Konrad Samwer The β-relaxation in metallic glasses Natl Sci Rev (September 2014) 1 (3): 429-461doi:10.1093/nsr/nwu018

个人分类: 国家科学评论|4876 次阅读|0 个评论

“RQ15”上最该点赞的一张片子

热度 3 jianxu 2014-8-31 12:06

8 月 24-28 日，“第 15 届激冷与亚稳态材料国际会议”（ The 15 th International Conference on Rapidly Quenched Metastable Materials, 即 RQ15 ）在上海召开。 RQ 系列会议发起于 1970 年，历经 44 年，每时隔三年举办一次，是亚稳态材料领域的重要系列国际会议，首次在中国举办。参加本次会议的有来自 20 多个国家的学者、学生。覆盖的领域包括金属玻璃、纳米结构与超细晶材料、凝固技术、多组元合金等。 会议将“ RQ Distinguished Fellowship Awards ”授予哈佛大学 Frans Spaepen 教授和前日本京都大学的 P. Hideo Shingu （新宫秀夫）教授（已退休），以表彰他们对亚稳态材料领域的杰出贡献。 在 8 月 27 日的颁奖仪式上，两位教授在获奖后分别作了简短的讲座，可谓将会议推向高潮。特别是 Spaepen 教授的报告不仅高屋建瓴、大气非凡，而且深刻、发人深省。 报告通过回顾激冷与亚稳态材料的发展历程阐述了重要科学突破的规律。 包括实现液态金属过冷（ 1952 ）、金属玻璃的发现（ 1959 ）、非晶态金属作为软磁材料在输变电上的应用（ 1985 ）、 NdFeB 永磁材料的发现（ 1982 ）、准晶态的发现（ 1984 ）、块体金属玻璃的发现（ 1982 ， 1993 ）等一系列精彩的里程碑式工作。这些发现分别基于物理化学、流体力学、物理学、晶体学、数学等学科。显然， 科学的重大发现与突破是不能预测的，也必然不能为人的意愿所左右。 Spaepen 报告的最后一张片子最为精彩。 “ To stimulate discovery in materials science: · Keep the basic sciences healthy; · Maintain a broadly trained scientific workforce; · Don’t overdirect; · Pursue application-inspired science. ” 期待着三年后在英国 Bradford 举行的 RQ16 。 相关链接 材料科学大师（ 1 ）： DavidTurnbull 纪念金属玻璃发现 50 周年 祝贺 “ISMANAM 2009” 举办成功！ 参加 “BMG-VII” 国际会议感受 “BMG-10 国际会议 ” 归来 大会主会场：上海国际会议中心。 Poster 交流 会场上的 Spaepen 教授 宴会上获奖的新宫教授用一 U 型玻璃管演示液体中的非均匀形核。 感谢上海交通大学张德良教授领导的团队为主办本次会议付出的努力！

个人分类: 业内科普|12107 次阅读|4 个评论

坎昆“ISMANAM2014”杂记

热度 4 jianxu 2014-7-8 16:20

6 月 29 日至 7 月 3 日，“第 21 届亚稳态、非晶态、纳米结构材料国际会议”（简称 ISMANAM 2014 ）在墨西哥的 坎昆 召开。 由于墨西哥在地理位置上远离欧亚大陆，相对于以往的会议来说，参会的人数明显少了些。尽管如此，仍然有来自 20 多个国家的 200 多人光顾。当然，以来自美洲的为主。 中国大陆只有 2 个单位有人参加。 原因可能一是路途遥远；二是老墨的签证特别麻烦，不太靠谱；三是在同一时间，新西兰还有一个材料加工的会议，地点比较诱人，听说一些人是去了那边。同理，在中国召开的会议，拉美国家过来的人也会比较少（机票贵）。就研究生的规模而言，中国肯定是 number one 。尽管如此，该领域的多数老牌劲旅和 Key Person 还是都出现了的。 在学术内容上，会议涉及的领域比较广，并不仅仅限于传统的亚稳态材料，诸如非晶态金属、纳米结构、固态反应等。这 也可能是组织者出于希望有更多人参与的原因。会议安排了 20 个 45 分钟的大会报告。其中关于金属玻璃的有 6 个，各类功能材料 4 个，生物材料 2 个，液态金属、晶体结构各 2 个，纳米材料、材料加工、陶瓷、表面涂层各 1 个。 分会报告的 session 情况： 金属玻璃 5 个，纳米材料、材料加工与力学性能各 3 个，生物材料、能源材料、复合材料与功能材料、磁性材料、薄膜与涂层各 2 个，相变、腐蚀、理论建模与计算模拟各 1 个。此外，值得关注的是， Poster 中生物材料有近 40 个。 个人听起来比较新、有点意思的亮点大致上有： 1 ）用类似于低合金高强度钢的（ HSLA ）涉及的无稀土的生物医用镁合金； 2 ）用 Flsh DSC 研究过冷液态金属的结晶与玻璃转变； 3 ）铁磁性金属玻璃的磁热效应，用于烫杀癌细胞； 4 ）铁基金属玻璃作为燃气环境下的耐磨、耐蚀涂层； 5 ）利用亚稳态金属作为前驱体制备纳米多孔金属； 6 ）亚稳态金属的表面处理与改性，诸如离子注入，以及形成功能化的梯度结构。 当然，仅从会议内容尚不能全面地把握与判断亚稳态材料的发展态势。在过去的 20 年里，应该出现过两个波次：第一次是“机械合金化形成亚稳态结构”：第二次是“块体金属玻璃”。 “第三次浪潮”将会是什么？将在何时出现？由什么人来“弄潮”？非常值得思考和拭目以待！！！ 明年会议地点：巴黎。 大会报告会场。 生物材料分会场 Poster Session 上的火爆讨论。 最佳展板奖分别颁给来自日本（左）、墨西哥（中）、斯洛伐克（右）。 宴会上热情奔放的演出。真真感受到了墨西哥人在音乐和歌唱上的天赋，以及其独特的风格：轻松、自然。无任何声嘶力竭与矫揉造作。音乐与歌唱就是他们生活中不可缺失的元素。由小提琴、小号、吉他组成的小乐队和声出优美的旋律。 合影之后。 相关链接 “ISMANAM” 二十年 莫斯科 “ISMANAM 2012” 会议片花 “ISMANAM 2010” 花絮 祝贺 “ISMANAM 2009” 举办成功！

个人分类: 海外见闻|6929 次阅读|5 个评论

舌尖上的中国 & 金属玻璃材料研究

热度 9 JQWangIoP 2014-6-12 04:30

最近《舌尖上的中国》节目吸引了众多的关注，我时不时在朋友圈里看到有人分享这个节目的视频链接或者写一些简短的评论。看《舌尖》这个节目，我最深的两个感触：一是优美的画面，再就是体现了烹饪饮食中的科学文化。且不说那些色香味俱全的美味，《舌尖》至少是一个优雅而不失深邃的饮食科普视频。可能大家都能做几个家常菜，这是祖祖辈辈的经验的传承，但不知能有多少不学生物的人能透过那色美味绝的美食看到其中蕴含的科学知识。《舌尖》节目用优雅的色彩宣传了中国的美食，又介绍了烹饪中的科学知识。 从 “ 脂肪转化的热量是等量蛋白质和碳水化合物的两倍 ” 到 “ 白面加入盐水使蛋白分子的阵列变得紧密 ” ，从 “ 在乳酸菌的作用下，蔬菜中的糖转化成乳酸，造就了酸菜酸爽的风味 ” 到 “ 高温破坏菜籽的细胞结构，降低蛋白质对油脂的吸附力，使油脂分离变得容易 ” 等等无不彰显着烹饪的科学性。所以，炒菜是一个高技术含量的活。 材料学研究也经常被通俗的称为 “ 炒菜 ” 。各种原材料，比如各种金属、氧化物、有机物、气体等，就像是炒菜中的各类蔬菜和肉类；而制备材料的各种方法，比如烧、压、溶、淬、萃等，类比于炒菜中的煎、炒、蒸、煮、焖等。所以材料科学研究和烹饪看上去相距颇远，实则是同宗同源的两大门派。事实上，我的几个科研做得非常牛的朋友，炒菜的水平也是让人啧啧称叹。 原材料的选择和配比对菜肴的风味和口感起着决定性的作用，而烹饪方法的选择和调节会进一步影响其口感。同样，化学成分对材料的性能有着巨大的影响，而制备方法的革新会进一步推动材料研究的发展。 研发具有优异性能的材料是凝聚态物理以及材料学研究最根本的基础，也是最关键的环节，比如第一个金 - 硅金属玻璃的发现开创了金属玻璃研究领域，铁基金属玻璃的发现推动了软磁材料的研发，锆 - 铜基金属玻璃的发现推动了金属玻璃作为结构材料的应用和一些基础研究的发展。同时，制备技术的发展对新材料的研发起了重要的推动作用，比如铜板撞击（ splat ）快冷技术的发明导致了第一个金 - 硅金属玻璃体系的发现，甩带方法的引入促进了条带状金属玻璃的发展，利用落管法制备了第一个块体金属玻璃，随后发展的浇铸、吸铸、喷铸等铸造方法极大的促进了块体金属玻璃的发展。 对于金属玻璃研究来说，人们发现哪怕是 一丁点的成分变化都会导致性能的剧烈变化 ，比如，成分的少量变化可以明显提高锆基金属玻璃的塑性变形能力【图一， Science315, 1385(2007). 】，成分的少量变化也可以明显改善镁基金属玻璃的玻璃形成能力【图二， APL 87, 181915 (2005). 】等等。然而利用传统的制备方法寻找最优化的合金成分实在是太费时费力了。以最简单的二元体系为例，比如铜 - 锆合金，为了寻找具有最优异玻璃形成能力的成分，不同国家的不同研究组做了大量的工作。对于包含 3-5 个组元的合金成分，研究所有成分比例的性能是一项非常巨大的工作。人们迫切需要一种能够高效率甄选优异成分的方法。 Figure1. (A) A family of quarternary ZrCuNiAl BMGs is obtained in the compositionrange (green area). (B) Compressed flakes of S1, S2, and S3. (C) S2 bent intodifferent shapes, showing exceptional deformability. (D) S2 deformed to variousnominal strains. A barrel shape can be seen, which implies that friction betweenthe sample and the platens occurred. Figure2. Composition region (the blue gemstone-shaped body) for the Dc =8-mm BMGs. The Mg65Cu25Y10 (Inoue alloy, Dc =4 mm) and Mg65Cu15Ag10Y10 (Kimalloy, Dc =6 mm) are outside of our region. See text for an explanationof the arrows. Our strategy tracing the D max compositions is representedusing an orange curved line. 最近美国耶鲁大学的 Liu Yanhui, Ding Shiyan 等人在 Nature Materials 13,494(2014) . 上报道通过多靶磁控溅射方法研究了 Mg-Cu-Y 三元金属玻璃形成体系的热塑性成型能力。热塑性成型是金属玻璃作为结构材料走向实际应用的重要方向，我在 之前的博客 中介绍过。然而，要想通过传统的材料制备方法在三元体系中 pinpoint 出热塑性变形能力最优异的成分基本是不可能的。在他们这篇工作中，通过控制原材料靶的溅射强度（图三 a ），在硅片上制备出具有一定成分分布梯度的合金薄膜（图三 b,c ），随后在硅片的背面刻蚀出一些空洞（图三 d ）（文章称在直径 10cm 的硅片上有 3000 个孔，孔间距 2mm ，感兴趣的读者可以验证下能不能实现 3000 个孔）。每个小孔对应的玻璃成分可以通过 EDS 和图三 b ， c 确定出来。在小孔中填充膨化剂，加热时金属玻璃薄膜进入过冷液相区同时膨化剂膨胀，使得金属膜像吹气球一样吹起来（图四）。通过测量这些金属膜气球的大小，表征对应成分的热塑性成型能力。这种方法可以 同时表征上千个成分的热塑性成型能力，真是革命性的突破！！ 2014-NM14-Combinatorial development of BMGs.pdf 最近上海大学的王刚教授主办了第十届 BulkMetallic Glasses 国际会议 ，据说会议参加人数达到 283 人。这应该是金属玻璃研究领域的一个福音，金属玻璃的下一个研究高潮应该马上就要到来了。欢迎更多有志青年学生的加入 ~ Figure3. Compositional library of approximately 3,000 samples synthesized throughconfocal magnetron co-sputtering and silicon micromachining. a , A d.c.magnetron co-sputtering system equipped with three 5 cm targets arranged in atetrahedral symmetry is used to synthesize the compositional library. A furthersputtering target located directly underneath the substrate and 10 cm indiameter can be used to add an additional element with constant composition. b ,Compositional mapping obtained by EDX analysis and its correlation with the x , y coordinates of the Mg–Cu–Y library deposited on a 10-cm-diameter wafer. c ,X-ray di_raction mapping of the peak width reveals that the majority of thefilm is amorphous as deposited (42–82% Mg, 10–46% Cu and 3–32% Y), and only afraction is crystalline. d , Back side and front side (main image andupper-right inset) of the compositional library on a Si wafer after backsideetching. Lower-left inset: Deep reactive ion etching releases the film to createmembranes of 500 _m in diameter and 2 _m in thickness, which are the samples ofthe library. Figure4. Mg–Cu–Y compositional library after parallel blow forming reveals the differencein TPF. a , Overview of the composition exhibiting best TPF in thecomposition library. b , Final height of the deformed membranes with asuperimposed composition map. c , Close-up of regions of highest TPF inthe library. The scale bars in the images from left to right are 1 mm, 500 umand 200 um, respectively.

个人分类: 金属玻璃|11220 次阅读|20 个评论

“BMG-10国际会议”归来

热度 13 jianxu 2014-6-11 10:52

6 月 1-5 日在上海参加了“第 10 届块体金属玻璃国际会议”。 这也是这一系列的会议第 4 次莅临中国大陆。如果算上台湾和香港，那就是第 6 次。此前 9 次会议的地点分别是： 1. 新加坡， 2. 台湾， 3. 北京， 4. 美国田纳西， 5. 日本淡路岛， 6. 西安， 7. 韩国釜山， 8. 香港， 9. 厦门。从第 3 届开始，均参加之。个人感觉，学术水平最高，组织最好的应该是 8 年前（ 2006 ）在日本召开的那一次。领域的高手云集，同时新的科学问题不断被揭示，感受到学科前沿的移动。转眼之间， 8 年已过去。 本次会议，竟然出人意料地火爆。参会的人数达到 260 人，而且主要来自中国。 给我的感觉是“喜忧参半”。正面的 ，国际会议在中国开，使得更多的中国学生有机会参加，听到更多精彩的报告，开眼界，促进水平的提升。 负面的 ，这个领域真的需要这么多人参与吗？是否出现了不应该有的“过热”？值得深思。 从某种意义上来说，反映出中国年轻一代的 junior faculty 在开拓新领域的能力上不给力。大部分的 junior faculty 是博士毕业或者结束博士后之后，仍然沿着导师原来的研究方向继续前进，而缺乏长远的战略性思考 。诸如，是否有那么多重要的科学问题亟待解决？即便是有，你是否有能力解决？你有什么新的策略与思路？在同样的问题上，自己是否有能力和足够的自信超越前辈？自己能否经过若干年打拼，最终被国际同行们认可？哪怕是一个比较小的方向？或者成果。再看看国际上的同龄人们都在干什么？莫等闲白了少年头，空悲切。绝非耸人听闻。 从全球的情况开看，欧洲还有一些较好的团队没有派人来，美国的少数没有来。其中的一个主要原因可能是与今年八月份在上海还有一个亚稳态材料的大型会议—“ RQ15 ”有关。 如果将两个会议的内容串通起来，应该可以更全面地反映出该领域的进展、前沿与未来。 从会议的报告内容来看，金属玻璃的结构与力学行为仍然是研究热点。 1. 结构方面：无非是短程有序，中程有序的表达。自由体积；性能与液态之间的关联等。 2. 力学行为：核心是形变与断裂。更高端的载荷模式下的行为，诸如疲劳，断裂韧性，温度效应，试样尺寸效应，剪切带的萌生与扩展等。 科学（或者说学科）的前进在于解决问题，不断地拓展人类对自然的认知。 这使我想起一位德国教授的话：“ We generate data, but we do not understand them. ”用这句话来描述我们的现状似乎比较贴切。 Understanding the nature 靠什么？一是扎实的专业基础知识；二是对某一科学问题长久的积淀（包括知识与实验技术的传承，正确的理解，深入的思考）；三是解决问题的创造力与想象力。非此，无捷径可言。功利的动机，浮躁的心态（与环境），只能造就（垃圾与）浮云。 相关链接 参加 “ 第 9 届块体金属玻璃国际会议 ” BMG 的研究热度不衰： “BMG-8 国际会议 ” 散记 参加 “BMG-VII” 国际会议感受 大会主会场 宴会上在向 poster 获奖的学生颁奖 某N字头期刊 的编辑在进行推介。 回首当年BMG-V:

个人分类: 科研感悟|11549 次阅读|19 个评论

大师做科研：上得了厅堂，下得了厨房

热度 25 JQWangIoP 2013-11-24 10:23

《大师做科研：上得了厅堂，下得了厨房》 ——王军强 今天在网上看到朋友转的一个新闻—— 堂堂博士后 为什么成了老赖？ 说的是国内某高校的博士后因交不起房租而被其学校（房东）起诉到法院，被判强制离开。而在记者采访该博士后为何拖欠房款并“赖住”时，他给的理由冠冕堂皇，然而却得不到记者们的认同。他说，其实自己有机会去地方性的小学校谋得一份职位，但他认为母校的科研氛围稍好，导师口头允诺了一个渺茫的留校机会，为了追求做科研的理想，不能因为短时的初级追求（比如吃饭住房）而放弃理想，于是忍痛想留在母校继续从事科研工作。 主持人、记者和法院工作人员基本上一致认为该博士后应该要务实，首先克服眼下的困难，而不是追求一个虚无的理想或梦想。 看了该新闻的一些评论，大概可以分为三类：一是批判记者和相关人员缺乏理想、没有追求，反过来却嘲笑这个有理想的博士后，是一种浮躁风气的体现，是中国当今科技落后的根本原因。二是认为这个博士后上学上傻了，变成了一个迂腐的书生。第三类观点更多的是一种无奈，认为这么高学历的一个“人才”却因为交不起房租而被起诉至法院完全是一个“悲凉”的事情，属于中国教育制度的失败。 虽然这是仅仅是一个个例，但既然这么多人跟帖道悲凉，我不禁想我们的教育教给了我们什么？教育本来的目的应该是什么？科研本来的目的应该是什么？ 这篇博文主要从我的研究领域——“金属玻璃“中的一些案例来剖析一下大师是怎么做科研的。 凝固现象研究是当今铸造行业以及重工业蓬勃发展重要基础，而合金中的固溶体相对材料的性能有重要的影响。上个世纪初在英国，一个著名的研究铝合金和镁合金的聋子 William Hume-Rothery 提出了关于凝固过程中合金形成固溶体的著名的 Hume-Rothery 经验判据。这个判据为金属铸造业的发展起了重要的推动作用。而后的很多年大量的科学家和工程师都来研究、验证和挑战这个 Hume-Rothery 判据。上个世纪五十年代，在美国西海岸的 Caltech ，一个正在研究飞机发动机叶片用高温合金的叫 Pol Duwez 的青年发明了一种速冷装置，他对 Hume-Rothery 判据非常感兴趣，希望研究速冷条件下的凝固过程对原子堆积结构的影响。在 1959 年他们发现在热力学平衡条件下根本不可能形成固溶体相的金 - 硅二元体系在速冷的条件下形成了单一相（光学显微镜下观察）。后来的 X 射线衍射证明金 - 硅二元体系形成了玻璃相。这就是第一块从液相冷却得到的金属玻璃，文章发表在 1960 年的 Nature 187 ， 869 上。这个只有半页纸文章从此开辟了一个全新的金属材料研究方向——金属玻璃研究。 金属玻璃因为特殊的原子堆积结构和化学成分，表现出很多优异的 物理和化学性能 ，在众多领域表现出巨大的应用前景。目前很多技术瓶颈较小的研究方向已经得以商业应用，比如利用其优异软磁性能的变压器铁芯方面，利用其优异力学性能的穿甲弹，利用其特殊原子结构的太阳风捕捉器等等。除了这些，金属玻璃在许多其他方面也有很大的应用前景，但是由于较大的技术壁垒和工艺限制，目前还未实现商业化应用，比如利用其优异力学性能的具有复杂形状的器件。因为为了制备金属玻璃需要抑制掉晶体的形核长大，熔融的液态金属在铸造降温过程中，较高温度时原子扩散很快，需要通过迅速降温抑制掉晶体的形核和长大。对于形状复杂器件的铸造，快速降温时可操作时间太少，样品性能和形状难以得到保证。要实现这个应用需要从工艺技术和科学两个方面共同提高。 目前解决这个问题的主要思路是通过普通的速冷铸造方法制备出形状简单的大块金属玻璃，比如柱状、板状、带状等。然后通过升温使其经玻璃转变进入到较为粘稠的过冷液相区，此时原子的扩散系数很小，不容易晶化（晶体形核长大），有较长的可操作时间。 2004 年前后，中科院物理所的 汪老师组 研发出一系列称为“金属塑料”的金属玻璃体系，这些金属玻璃体系可以在较低温度下发生玻璃转变，这对实现低温压印铸造提供了重要的材料基础。图一是物理所汪老师组利用铈基金属塑料在热水中压制成型的中国科学院物理研究所所徽。图二是华中科大 柳林教授 组通过在金属玻璃的过冷液相区实现的微纳米成型技术。图三为 Yale 大学 Schroers 教授组 用类似方法制备的纳米线。 图一、用金属塑料压印的中国科学院物理研究所所徽。 图二、利用金属玻璃在过冷液相区实现微米成型。 图三、利用金属玻璃在过冷液相区压印制备纳米线。 金属玻璃研究领域的大师级科学家， Duwez 教授的传承人，美国科学院（ 2007 ）和工程院（ 2000 ）双料院士， Caltech 的 William Johnson 教授 也参与到了这个研究方向中来。并于前年在 Science 上以第一作者和通讯作者的身份和合作者发表了题为“ Beating Crystallization in Glass-Forming Metals by Millisecond Heatingand Processing ”的论文。该文章提出通过电容放电的方法可以将金属玻璃快速升温至过冷液相区，并通过压印铸造成型。该方法实现了将软化金属玻璃和压印成型同时快速进行，促进了金属玻璃的商业化应用进程。图四是该电容放电软化金属玻璃实验的照片。图五（ B ）是通过该方法制备的一个金属玻璃样品。图六表明此方法可以实现将金属玻璃制备成电子商品外壳，见下面的网站报道。金属玻璃制备的外壳具有色彩真实鲜艳、耐磨、耐划、更薄、耐腐蚀等优异性能。据说 Johnson 教授创建的 Liquidmetal 公司已经和奢华手表公司 Omega 和奢华电子电器公司 Apple 合作，通过此技术将金属玻璃应用于电子商品外壳的制备上了。期待早日看到成品。大师做科研真心是 高端大气上档次 ！ 图四、电容放电压印金属玻璃装置。 图五、通过电容放电压制的金属玻璃样品（ B ）。 图六、该方法可以将金属玻璃制备成电子商品外壳，比如 iwatch, iphone, omega watch. 见如下网站报道。 http://www.idownloadblog.com/2013/07/17/apple-liquidmetal-production-process-patent/ http://www.slashgear.com/liquidmetal-iphone-ipad-or-iwatch-teased-as-patent-tips-production-breakthrough-17290725/ 美国著名物理学家、美国物理学会第一任会长亨利•奥古斯特•罗兰曾经说过 “需求是发明之母”。 正是因为对性能优异材料的需求和不断追求，比如高强度、高硬度、耐腐蚀，金属玻璃才成为众多优秀科学家追逐研究的对象。同时罗兰也曾经说过 “因发明而获得财富或者在某些情况下从事商业化的科学工作并不是一件有失体面的事。 但是，纯科学应该是具有教授职位的人的追求目标。” Johnson 之所以被人尊为大师，因为他可以从上面这样看似更工艺化、更工业化的过程中发现支撑这个过程的基本物理知识。他们文章中又通过精确测量电容发电过程中金属玻璃温度的变化，计算出了过冷液相区的基本物理参数焓的变化；通过金属玻璃的即时变形速率计算出了过冷液体的重要参数粘度的变化。 又或许反过来说更合适，是因为他深邃的物理思想才能让他有这样革新的想法。就像 汪卫华教授文章 里说过的一句话“ 是科学上的见识和洞察力，而不是粗浅的经验和运气导致了技术上的突破。 ”大师做事情真心是 低调奢华有内涵 ！ 图七、电容放电瞬间，金属玻璃的温度和形状变化。 图八、通过上面的方法测量了金属玻璃在过冷液相区两个热力学物理参数焓和粘度的变化。 图九、提出了金属玻璃 - 液体 - 晶体在温度 - 时间坐标中的相图关系。 最后再引用 亨利•奥古斯特•罗兰的一句话 “ 对科学家来说，无论他有什么样的天赋，在他竭尽全力工作之前，他必须拥有仪器、图书馆，和生活所需的恰当、受人尊重的薪水。”

个人分类: 金属玻璃|22612 次阅读|53 个评论

[转载]液态金属：神奇材料焕发新生机

热度 4 jianxu 2013-8-15 21:19

■本报记者 原诗萌 虽然苹果公司已不如从前光芒四射，但它的创新举动却仍然牵动着业界神经。近日据国外媒体报道，苹果正在研制的可穿戴设备iWatch，可能会使用一种由锆、钛、铜、镍等组成的液态金属材料（又称非晶态合金或金属玻璃），该材料的强度是钛的两倍。 事实上，在2010年时，苹果就与Liquidmetal（液态金属）技术公司签署了协议，但由于量产存在技术难度，一直没有大量使用这种材料。而苹果最新获得的一项“大块非晶合金板材成型工艺”专利则显示，苹果已经解决了量产的难题。这也意味着，液态金属这一新材料的应用将焕发新的生机。 神奇的材料 提到液态金属，很多人都会联想到电影《终结者2》中的机器人T1000。它可以在固态和液态之间随意转换，当它受伤或中弹之后，会像液体那样自动恢复，同时，虽然它并未携带武器，却可以将身体局部瞬间变形为尖锐的利器。 现实中的液态金属显然不会有如此“夸张”的功能。在常温条件下，液态金属的形态是实实在在的固态，而且硬度、强度很高，只有在加热到一定温度之后（远低于其熔融温度），它才会成为可以随意进行塑性变形的类液态。 之所以叫液态金属，是因为这种材料的原子排列状态与液体类似，都是无序的。从科学角度，应该称之为非晶态合金。而由于玻璃属于原子排列状态无序的非晶态固体，所以这种材料也被称作金属玻璃。 由于其特殊的结构，液态金属有着其他金属所不具备的诸多特性。7月31日，在中科院物理所极端条件物理重点实验室研究员汪卫华的办公室内，记者近距离接触了这一“神奇”的材料。 汪卫华拿着一个液态金属制成的优盘外壳告诉记者，由于液态金属材料的强度非常高，这个优盘外壳甚至可以经得住汽车的碾压。 接着，他又拿出一个表面十分光滑的液态金属样品说，液态金属的另一个重要特性是一次成型。其他金属制备出来之后，表面都比较粗糙，需要经过打磨等表面处理工艺才能变得光滑，而液态金属制备出来之后就是这个形态，同时还具备耐磨、防划和抗腐蚀等优点。 记者发现，汪卫华所展示的液态金属样品有深红、浅蓝等不同颜色。汪卫华解释说，这是因为科学家可以通过改变液态金属表面的一些结构，来改变它的颜色。“由于不是用漆刷上去的，所以磨不掉，颜色也更加自然。” 从“薄带”到“块体” 虽然苹果即将在iWatch上使用液态金属是最近的事情，但液态金属的研发和应用早在上世纪60年代就已经开始了。 从其发展历程来看，主要可以分为两代。采访中，汪卫华向记者展示了一卷亮闪闪的如锡箔纸般薄的带子。“这就是液态金属材料的第一代产品，可以称之为‘薄带’。”这种软磁材料目前已经有比较广泛的应用，变压器的铁芯、IC卡的卡芯都可以找到它的影子。 据汪卫华介绍，这种材料的制备难度较高，需要每秒钟冷却100万度，才能将金属变为非晶态。具体的制备方法是，将一根铜棍高速旋转，然后将制备液态金属的材料喷上去。“必须喷得很薄才行，这样温度才能降得比较快。” 据了解，目前能制备这种高品质薄带式液态金属材料的企业并不是很多，主要为日本的日立金属以及国内的安泰科技。因此，这一材料目前是金属领域少有的高利润产品。 进入上世纪90年代后，科学家找到了一些新的金属成分，可以制备新型的大块液态金属，也被称为“块体非晶合金”。其制备方法是根据“配方”，将不同比例的金属成分熔化成液体，然后再进行冷却，从而制备出块状的液态金属。 汪卫华向记者展示的优盘外壳等样品以及苹果iWatch将采用的材料，都属于液态金属的第二代产品。和“薄带”的液态金属不同的是，“块体”的液态金属可以塑造成不同的形状，所以也有着不同的应用领域。 不过，从目前发展情况来看，第二代液态金属的应用仍处于起步阶段。汪卫华告诉记者，早在上世纪90年代，液态金属科技公司就曾想和三星公司合作生产手机外壳，但最终因为工艺和成本问题而未能实现大规模应用。 新契机 因此，最近传出的苹果在液态金属大规模制备方面取得突破，并将在iWatch上应用的消息，对于第二代液态金属的应用而言无疑是重大利好。 赛迪顾问原材料产业研究中心主任冀志宏在接受《中国科学报》记者采访时表示，iWatch是一款正在研发的新产品，可能对材料的硬度要求比较高，这种需求与液态金属材料的特性有了很好的结合点，虽然成本可能会高一些，但对于苹果而言也是值得的。 汪卫华也表示，液态金属现在还属于比较贵的材料，可谓金属材料中的新贵，而且有很多特性，苹果产品的特点则是时尚和高科技，因此应用液态金属也比较符合苹果的理念。 不过让人深思的是，液态金属的研究在国内的起步并不晚，目前也有三十几家研究机构从事该材料的研发，但却始终未能将该材料转化成应用。 此前也有手机公司向汪卫华了解液态金属的相关情况，但后来也不了了之。“如果国外企业开始做了，国内企业会去跟风，但如果没有先例的话，国内的企业一般不会去贸然尝试。”汪卫华说。 对于这一现状，冀志宏认为，这说明我们国家在工程化、产业化方面的投入仍然不足。他向记者透露，目前工信部原材料司正在进行调研，希望出台相关政策，在一些关键的材料领域，由国家拿出一部分资金去鼓励企业应用这种材料。“把材料真正用起来，后面的产业化环节才能真正做起来。”冀志宏说。 此外，冀志宏还指出，应该加强在材料领域的装备制造能力。“我们很多生产线都是引进的，所以只能使用对方配套的产品和原材料。如果生产线的国产化程度更高一些，我们一些关键原材料的应用也就有了更大的空间。” 《中国科学报》 (2013-08-07 第5版 技术经济周刊) 相关链接 http://paper.sciencenet.cn/htmlnews/2013/8/280890.shtm?id=280890 微型金属玻璃燃料电池面世 向金属玻璃的脆性说 “No” 纪念金属玻璃发现 50 周年 科学网 2011 年金属玻璃研究要闻 金属玻璃的宏观塑性与其原子尺度结构之间的关系

个人分类: 业内科普|5285 次阅读|6 个评论

“ISMANAM”二十年

热度 5 jianxu 2013-7-10 09:56

2013 年 6 月 30 日 -7 月 4 日，第二十届亚稳态、非晶态与纳米结构材料国际会议（ 20th International Symposium on Metastable, Amorphous and Nanostructured Materials ，简称 ISMANAM ） ” 在意大利都灵召开。 会上与该圈子里的老朋友们再次聚首，比较突出的感觉就是时间过得太快。 1994 年初次创办这个系列会议的那批人现在均已年过 65 岁，已经几近或者已经达到了退休的年龄。这个会议每年都能够比较火地办下去，一方面说明会议的组织者们组织的好，另一方面也说明这个圈子的研究的确颇有活力。 这个圈子的主要研究内容在九十年代初主唱机械合金化（ MA ），后来块体金属玻璃（ BMG ）成为主流（一直到几天）。今后的去向如何？尚不明朗。从这次会议上看，储氢合金、纳米多孔材料、生物医用材料的比例多了一些。 精彩的报告仍然是几个老牌劲旅。像以往一样，参会者主要来自欧洲。国内的来的不多，包括浙大、大连理工、北航、华科、北工大，不到十家。美国来的也不多。尽管如此，会议还是有 400 来人，每天大会报告后，分成 4 个分会场（前三天）。 这个季节的都灵，早晚凉爽。空气清新。城市很小，古老的街道与建筑很有特色。意大利人以浪漫，会休闲闻名。在吃上很有讲究，且不说意大利面条和比萨饼，咖啡、冰激凌、甜点、带汽儿的葡萄酒等都很有特色。晚上日落得很晚，人们坐在广场或小街上享受着晚餐，喝着啤酒、葡萄酒，美滋滋的。每天都在十一二点后才休息。在夏日里来到这里，与国内的氛围形成鲜明的对照。 ：）：） 明年的会议安排在墨西哥。 相关链接 莫斯科 “ISMANAM 2012” 会议片花 “ISMANAM 2010 ”花絮 祝贺“ISMANAM 2009 ” 举办成功！ Maratea 可生物降解金属研讨会 夏末米兰行 会场外的标记。 分会场之一。很有意思的是，报告人坐着演讲。 耶鲁大学的施罗德教授，在星期四上午作大会报告。 会议就地在会场解决简便的午餐。 会议的Logo，都灵的电影博物馆箭塔。

个人分类: 海外见闻|10890 次阅读|12 个评论

镁基金属玻璃研究取得进展-Adv. Funct. Mater.

热度 3 JQWangIoP 2013-4-29 16:17

《镁基金属玻璃研究取得进展 -- 具有优异力学性能的生物可降解材料》 王军强 生物可降解的生物体植入材料，因为其可以避免取出时的二次手术或永久性植入材料带来的生物排异性等伤害，吸引了越来越多的研究者兴趣。镁合金因为其可降解性以及较高的强度变为体内支架类材料应用方面的研究热点。和传统晶态镁合金相比，镁基金属玻璃具有更高的强度、更接近骨头的弹性模量，而且通过调节成分可进一步大范围改变性能。因此，镁基金属玻璃在可降解生物材料方面具有很大的应用潜力。然而其力学脆性成为限制其应用的主要缺点。 最近，在原来工作的基础上，我和合作者一起通过少量掺杂的方法显著改善了Mg基金属玻璃的力学性能和生物相容性。 在读博士研究生时，曾和北大的郑玉峰教授研究组合作研究过Mg基金属玻璃的细胞相容性研究，发现MgZnCa合金体系具有很好的细胞相容性，相关文章发表在 Biomaterials 2010 , 31 , 1093 (目前已经引用约50次) . 然而这个合金体系特别脆，仍然不适于实际应用于生物体内。 我们的另外一篇工作发现适量的Yb替代Ca可以明显改善CaMgZn金属玻璃体系的抗腐蚀性能和降低原子的堆积密度，文章发表在 J . Non-Cryst . Solids 2011 , 357 , 1232. 2010年去日本东北大学WPI-AIMR做博士后时，在上面工作的基础上，我认为有必要研究一下Yb掺杂对MgZnCa体系力学和生物性能的影响。基于这样的想法，我主持申请到一项“融合研究基金”(300万日元)，该基金每年从近百位申请者中 选出10~15个项目予以支持，旨在支持不同学科科研人员之间的融合交叉萌芽性研究。在上面基金的支持下，我和合作者于海军博士系统研究了Yb掺杂对Mg基金属玻璃力学和生物性能的影响。 通过拉伸和弯曲实验，我们发现适量的Yb掺杂可以有效改善其力学塑性。在力学性能较好的合金成分，塑性变形时剪切带更容易形成，而且断面上的塑性韧窝区尺寸更大。而且我们发现当样品尺寸降到500~600 nm时，其塑性变形机制将由以剪切带主导的非均匀变形机制转变为均匀变性机制。 通过成骨细胞和成纤维细胞的体外直接和间接培养实验，我们发现Yb的掺杂也可以有效提高细胞的生物相容性。这主要归因于Yb掺杂导致其抗腐蚀性能提高，Mg离子的释放以及培养液pH值的升高得到了抑制。我们进一步研究了细胞的死亡机制。 这个文章结果表明少量掺杂依然是通过调节成分来改善性能的有效途径之一，镁基金属玻璃可以表现出塑性。 以上工作发表在Advanced Functional Materials。 http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201203738/abstract Adv Funct Mater 2013_ Mg-MG as biomaterials.pdf

个人分类: 金属玻璃|7000 次阅读|8 个评论

参加“第9届块体金属玻璃国际会议”

热度 9 jianxu 2012-12-22 15:30

本月中旬的沈阳，天气实在是很冷，最低气温下降到零下 20 度，再加上糟糕的室内供暖，家里和办公室到处都让人感到冷兮兮的（ 16-18 度），让人不禁产生一种“ 生活艰难 ”的感慨。 12 月 16-20 日，“第九届块体金属玻璃国际会议（ BMG-9 ）”在厦门大学举行。一来到厦门，温暖的天气，轻拂的海风，南国的植被，清新的空气，再加上厦大宁静、美丽的校园，心情顿时好了许多，逃离了那严寒冷所带来的纠结。看来 BMG 会议的组委会，选择在厦门开会的确颇有眼光。 参加本次会议的有 150 余人，来自中、美、德、韩国、日、法、波兰、印度、新加坡、台湾、香港的 11 个国家和地区。 中国“代表团”最为庞大，也是当今世界上从事该领域研究人数最多的国家 （也许所有的领域都是如此，因为我们教授多，博士生多） 。 相比此前的几届会议，人少了许多。可能是与快到年终和圣诞假期，再加上是冬天有关。美国相关的研究组来了差不多只有一半。欧洲来的差不多仅有三分之一。日本好像是随着那位大牛的退休，有点儿一蹶不振的意思。 会议共安排了大会报告 13 个，分会邀请报告 20 个。大会报告 40 分钟，为 1 个学时。邀请报告 30 分钟。这也是 BMG 会议的传统。给大牛和小牛们比较充足的时间“表演”，讲得比较透彻。 从会议上的报告来看，关注的问题仍然是以下几个方面： 力学行为，包括形变与断裂机制、复合材料、疲劳与磨损。 结构与动态（ Dynamic ）行为，涉及原子尺度，亚纳米尺度的非均匀性、结构弛豫，以及这些多尺度结构与玻璃形成能力、弹性行为、塑性变形乃至于液态结构之间的关联。 金属玻璃的结构仍然是“盲人摸象”。 应用方面的探索包括，在过冷液态的精密成型、表面涂层，生物医用等。（应该说这方面国际上做得好的并没有全来。） 参会收获良多。下次会议（ BMG-10 ）将在 2014 年 5-6 月召开，地点待定。 会场设在厦大科学与艺术中心。美丽的校园，彰显深厚的文化底蕴。绿地、深林、水潭多多益善。 会上活跃的讨论与互动。 只报告，不讨论的会议，算不上是真正意义上的学术会议。真科学、纯学术离不开讨论与争鸣，真理愈辩愈明。没有批评声音的学术圈，则是死水一潭，掩耳盗铃。 宴会上与会的外国科学家代表向会议东道主致谢。 BMG 系列的 9 次会议，先后在中国办了 4 次（ 2003 北京， 2008 西安， 2011 香港）。欧洲贵，美国远、签证难，韩日小。中国领土辽阔，旅游资源丰富，吃住便宜，美食诱人，机场、旅馆、会议中心等基础设施已经达到很高的水平。再加上科研经费状况好，研究生（作为会议志愿者）多，中国已经成为办国际会议的热门地区。 其利是促进中国学术的国际化，其弊是学术会议的“中国化” （比如，被安排报告后随便就不来，使会场经常开“天窗”；将邀请报告大量馈赠予学术水平不高的哥们儿，导致会议的学术水平注水，丧失对高水平国际同行的吸引力，成为自娱自乐的本土游戏）。 宴会上，向获得 Poster 奖的学生颁奖。中国学生制作和讲解 Poster 的水平已有可喜的明显进步。 闭幕式上，特邀资深科学家美国田纳西大学江上毅（ T.Egami ）教授（日裔）做了总结点评。 展望未来，路在何方？（想起鲁迅的一句话，路是人走出来的。） “红旗还能打多久”？（四一二事变后参加红军的人更令人钦佩。） 总结里有这样一句话：“ The field needs application to survive, but the application does not guarantee the field to survive ”。 相关链接 BMG 的研究热度不衰： “BMG-8 国际会议 ” 散记 参加 “BMG-VII” 国际会议感受 参加国际会议：是否应该讲究些诚信？ 参加 “ 第二届中德金属玻璃研讨会 ”

个人分类: 科研感悟|5611 次阅读|11 个评论

[转载]微型金属玻璃燃料电池面世

jianxu 2012-12-10 19:39

近日，美国耶鲁大学的工程师们开发出一种新式微型燃料电池。这种持久耐用、低成本、环保的微型电池，可以为诸如平板电脑、智能手机、远程传感器等便携式电子设备供电。 耶鲁大学研究团队称，组成这种体积为 3cm 3 微型燃料电池的主要成分——块状金属玻璃，是一种基于锆和铂的化合物。这种燃料电池所产生的能量，目前正随着研究的深入而增加。 燃料电池作为普通电池的替代品，是一种电化学装置。它结合氢气与氧气产生能量，释放出的副产物只有水和热量，相对更为环保。但是，通常用于制造微型燃料电池的材料不仅易碎、成本高，而且制造电池所使用方法的效率也很低下。 耶鲁大学研发的这种新式微型燃料电池主要由块体金属玻璃（非晶态合金）组成。这是一种非常柔软的金属，比通常用于微型燃料电池的金属合金更加耐用。非晶态合金可以在较为有效和价格低廉的制造工艺中被精细地塑造成型——类似于塑料成型的过程。 安德烈· D ·泰勒是耶鲁大学工程与应用科学学院化学与环境工程专业的助理教授，也是该项目主要研究者。他表示：“这些非晶态合金是一种惊人的材料，很容易形成大型或小型的纳米结构，也能在范围广泛的电化学应用中保留合适的性能。” 目前，硅和不锈钢是普通微型燃料电池中通常使用的材料。但硅是一种脆性的不佳电导体，不锈钢则容易被腐蚀。这意味着两者都需要特殊的涂层，从而导致生产成本的增加。此外，如果制造纳米尺度的金属部件，不仅复杂而且费时。 研究人员表示，使用这种块体金属玻璃即非晶态合金就可以解决这些问题。 据了解，非晶态合金内部由随机排列的原子所组成，而不是由结构有序的金属晶体所构成的普通金属合金。原子的随机排列会形成一种类似钢铁那样坚硬但又富有弹性的物质。它具有可塑性和良好的导电性，其成品优于硅和不锈钢制造的微型燃料电池。 该项目的另一位主要研究者、耶鲁大学机械工程材料科学院教授扬·施洛尔斯说：“我们曾在耶鲁大学发明了热塑性塑料的加工方法，所以可以像加工塑料一样加工这种块体金属，从而大大降低成本 。”（郭湘） 《中国科学报》 (2012-12-06 第 8 版 能源 ) 相关链接 http://phys.org/news/2012-11-micro-fuel-cells-glass-power.html http://phys.org/news/2011-03-stronger-steel-metals-moldable-plastic.html http://www.techfragments.com/1814/metallic-glass-micro-fuel-cell/ http://www.schroerslab.com/

个人分类: 业内科普|5124 次阅读|0 个评论

参加“第二届中德金属玻璃研讨会”

热度 1 jianxu 2012-11-13 01:03

2012 年 11 月 5-9 日，由中德中心资助、德国空间中心（ DLR ）承办的“第二届中德金属玻璃研讨会（ 2 nd Sino-German Workshop on Structure and Dynamics of Bulk Metallic Glasses ）在德国科隆举行。来自国内 10 多个研究单位和大学的教授与研究生参加了会议。“首届中德金属玻璃研讨会”曾于 2010 年 10 月在北京召开。 从会议的情况来看，德国方面关于金属玻璃的研究组大致上分布在科隆（ DLR ，液态的结构表征及其原子的扩散）、哥廷根（液态的驰豫与相变）、基尔（原子的扩散）、萨布吕肯（液态的黏度）、明斯特（剪切带与形变）、德累斯顿（材料及其力学行为）等几个核心的研究组。除了金属玻璃之外，也有少量从事胶体和高分子玻璃的科学家参加。 总体上看，德国人的工作集中于比较基础性的科学问题，表现出在长期积淀下的深厚功底和提升“ insight ”的能力。中德之间的差距，不仅体现在做研究的风格上，而且也体现在对科学的理解上。德意志科学家以其扎实、稳健、厚积簿发的传统自立于世界各国科学家之林。 中德之间的交流，中方所收获的绝不仅仅是表面上一些学术问题的交流，而更深层次的应该是感受德国的科学文化与科学精神。这次会议，德国人很大气，安排得很周到、热情。慷慨资助了 10 多位研究生的国际旅费和会议费，让我们的学生有机会参加会议。我相信，所有的中国学生如果是有头脑、有思想的，都应该有所收获。去反思自己工作的学术价值以及对于科学的理解。 举个简单的例子，德国学生报告的工作所要解决的问题比较具体，突显在试验上的专业、扎实和精准，结论也仅限于阶段性的进展。回答问题时，如果不会，便直截了当地回答，“我不知道”，或者是“我不清楚”。比较而言，中国学生的工作，有时候问题比较大，但听下来却是不了了之，急于草率地下结论，或者夸大自己工作的实际学术价值。回答问题时，逻辑性差，自己回答不清楚的东西，也不直接表达。而是绕圈子。对于一些不同的意见，表现出固执己见和难以包容。显示出素日里少有听到不同的声音。当学生回答问题有困难时，指导老师急于发言、解释、修补。而德国的教授则是去启发自己的学生来回答这个问题。 毫无疑问，在科学上，德国人是我们很好的老师！两国在科研文化与风格上的互补，对于我们“去浮躁”很有益处。 相关链接 欧美教授更具社会责任感 中德之间，差距何在？ 纪念金属玻璃发现 50 周年 Workshop Should Work ！ 向金属玻璃的脆性说 “No” 科隆“德国空间中心”空间材料与物理研究所的报告会场。 休息的喝咖啡时间。 报告进行时。 科隆的地标，始建于 1200 多年前的科隆大教堂。二战期间，盟军没有轰炸这座教堂，而是当作地面搜寻的参照物。

个人分类: 海外见闻|6992 次阅读|2 个评论

“第13届非晶态固体物理国际会议”在宜昌召开

热度 3 jianxu 2012-9-23 10:11

9 月 16-20 日，“第十三届非晶态固体物理国际会议（ XIII-PNCS ）”在 宜昌三峡大坝景区 召开，与会的有 300 多人。研究领域覆盖：玻璃转变与驰豫现象，流变学，相分离，形核与晶化，玻璃的结构及其理论与计算模拟，玻璃的性能（包括光学、光电、热、机械、电、化学等），玻璃的制备，新型玻璃及其应用等。从材料的角度来看，包括氧化物玻璃、半导体玻璃、生物玻璃和金属玻璃。 都是玻璃，键合不一样，性质不一样，用途不一样，故“隔行如隔山”。 “非晶态固体国际会议（ PNCS ）”系列会议创办于 1958 年，每间隔 4 年举办一次。此前，先后在美、荷、英、德、法、日、意、芬兰、希腊、巴西几个国家举办过。首次来到中国，由武汉理工大学承办。 会议期间，听了一些关于玻璃态固体共性的报告。感觉金属玻璃的许多科学问题都是大家感兴趣的，如原子尺度的结构以及如何进行表征，玻璃的形成与计算模拟，玻璃态固体的性能以及与液态之间的相关性，玻璃转变等基本现象。从报告的情况来看 ，来自欧洲的许多专家对一些非常基础性的物理问题很有研究和见解，反映出深厚的积淀。与之相比，国内的报告，偏工艺和制备的较多，缺乏科学基础，缺乏对一些基本科学问题的深刻理解与认识。这显然与大的环境与文化有关。 会议之不爽！有相当一部分国内的人不讲究诚信，会议的日程排好后，很随便地不来参加，不打任何招呼，导致日程表变得十分混乱。 17 日下午，担任某一分会的主席，日程上的 5 个报告，有 3 个来自中国的研究组，结果是一个也没有到场。剩下的 2 个报告分别来自美国和日本。对此，真的很无奈！更过分的是最后一天（周四），原来安排的国内一位“大牛”的 45 分钟大会报告，也在报告之前被告知取消，并将会议的大会总结提前了一个小时。令大家十分扫兴！因为许多人都是为了听这个报告，而安排的行程，甚至是晚走了一天。 相关链接 参加国际会议：是否应该讲究些诚信？ 怎样当好学术会议的主席？ 9月17日大会报告 金属玻璃分会 远望三峡大坝 高峡出平湖

个人分类: 生活点滴|6668 次阅读|3 个评论

如果我们都能够在自己的研究领域里打败日本人

热度 98 jianxu 2012-9-18 21:57

据说是日本人有这样一种心态，谁能打败他，他就拜服谁。鸦片战争以前，日本一直崇拜中国的文化与制度。后来发现，比中国更牛的国家还有，于是改向西方派遣留学生，崇尚西方文化，按照西方的模式变革政治制度。二战中，美国人让日本人偿到了原子弹的滋味。日本人虽败，但也从此服了美国人，不得不甘为美国人的小兄弟。日本现在也不认为他们是被中国打败的。 上个世纪 80 年代，中国女子排球队首次在日本夺得世界杯冠军，以此为背景，产生过一部电影，名为《沙鸥》。我记得影片开始的时候，有过一段精彩的旁白，让我终生难忘。大致上是这样说的，“ 每个人都有自己的梦想，我的梦想就是打败日本队！ ”。在此之前，日本女排在大松博文的打造下，称雄排坛多年，号称“东洋魔女”。 在自己的研究领域打败日本人，这也是我的梦想！ 上个世纪 90 年代末，我们开始研究块体金属玻璃（ BMG ），起步有些晚。而早在 90 年代初，日本的研究组就发现了可以形成 BMG 的镧基合金（ La-Ni-Al ）和镁基合金（ Mg-Cu-Y ）。当时，日本人报道的镁基 BMG 在铜模浇铸的条件下形成棒材的临界直径为 4 mm 。基于对合金玻璃形成能力（ GFA ）的理解和日本人当时的结果， 我们自信地认为完全有机会发现一些 GFA 更好的合金，在某些体系上超过他们。 经过几年的积累，我们逐渐发现，在 Mg-Cu-Y 三元合金中存在有 GFA 更高的合金，经过精细的成分逐点趋近优化（ pinpoint ），锁定出 GFA 最优的合金成分，形成 BMG 的直径翻了一倍，达到 9 mm 。进一步用 Ag 元素部分替代 Cu ，在 Mg-Cu-Ag-Y 四元合金（三维成分空间）中经成分逐点优化，锁定出 GFA 最优的成分，形成 BMG 的直径达到 16 mm 。随后，又在 Mg-Cu-Ag-Gd 四元合金中优化出 GFA 更高的合金，形成 BMG 的直径达到 27 mm 。迄今为止，这仍然是世界上最大尺寸的镁基金属玻璃。 90 年代初，日本的研究组发现了具有高 GFA 的 Zr-Cu-Ni-Al 合金。这一合金系与美国人报道的 Zr-Ti-Cu-Ni-Be 合金的不同在于不含有毒性元素 Be 。当时，双方在知识产权上的竞争十分激烈,都在跑马占地。然而，日本人报道的合金成份在形成 BMG 的临界尺寸上始终存有争议。更为重要的是 Zr-Cu-Ni-Al 合金的断裂韧性仅在 4 0 MPa m 左右 。近年来，我们的研究发现，在 Zr-Ti-Cu-Al 四元合金中存在 GFA 和断裂韧性都更好的合金，我们发现的 BMG 在断裂韧性上可以达到 13 0 MPa m 的水平。换句话说，在发现具有高断裂韧性 BMG 这一点上，我们也超过了日本的研究团队。 然而，必须客观地承认，我们的工作还仅仅是赶超，在原创性上还有差距。日本人之所以能够在许多领域取得一流的原创性成果，一是整体的研究经费投入很大；二是稳定支持的研究经费比较多，也就是“皇粮”给的比较足；三是在评价体制上，没有那么急功近利。这些也都是值得我们学习和反思的。 如果我们在经费的分配上能够择优支持，不腐败，如果我们不是那么急功近利，不是那么追求泡沫，如果中国的研究人员不去拜官、拜金，潜心研究，不辱使命，自强不息，真正能够在自己的那个研究领域摆平日本人，真正为我们的民族工业和国防提供坚实的技术支撑，我们的国家才能真正地日渐强大！中国人才能真正在世界科学界赢得尊严！ 不忘国耻，自强不息！ 参考文献 1. H. Ma, Q. Zheng, J. Xu , Y. Li, E. Ma: Doubling the critical size for bulk metallic glass formation in the Mg-Cu-Y ternary system, J. Mater. Res . 20 (2005) 2252. 2. H. Ma, L.L. Shi, J. Xu , Y. Li, E. Ma: Discovering inch-diameter metallic glasses in three-dimensional composition space, Appl. Phys. Lett . 87 (2005) 18195. 3. H. Ma, L.L. Shi, J. Xu , Y. Li, E. Ma, Improving glass-forming ability of Mg-Cu-Y via substitutional alloying: the effects of Ag versus Ni, J. Mater. Res . 21 (2006) 2204. 4. Q. Zheng, S. Cheng, J.H. Strader, E. Ma, J. Xu , Critical size and strength of the best bulk metallic glass former in the Mg-Cu-Gd ternary system, Scripta Mater . 56 (2007) 161. 5. Q. Zheng, J. Xu, E. Ma, High glass-forming ability correlated with fragility of Mg-Cu(Ag)-Gd alloys, J. Appl. Phys. 102 (2007) 113519 6. J. Xu, U. Ramamurty, E. Ma, The fracture toughness of bulk metallic glasses, JOM , 62 (2010) 10. 7. Q. He, Y.Q. Cheng, E. Ma, J. Xu, Locating bulk metallic glasses with high fracture toughness: chemical effects and composition optimization , Acta Mater . 59 (2011) 202. 8. Q. He, J.K. Shang, E. Ma, J. Xu, Crack-resistance curve of a Zr-Ti-Cu-Al bulk metallic glass with extraordinary fracture toughness, Acta Mater . 60 (2012) 4940. 相关链接 向金属玻璃的脆性说 “No” 纪念金属玻璃发现 50 周年 金属玻璃的宏观塑性与其原子尺度结构之间的关系 (图片来自网络)

个人分类: 生活点滴|15409 次阅读|89 个评论

“研玻人”相聚太原

热度 9 jianxu 2012-7-18 21:41

中国的“材料大会”一直是想效法美国材料研究学会（ MRS ）举办的年会，可是总是搞得不伦不类，乱哄哄的。其实，这也从一角透视出国内大的学术环境。尽管如此，这毕竟也是与国内同行们交流的一次机会。为了助推本领域的发展，还是要挺的！ 今年的材料大会来到太原理工大学（７月１３－１8日）。“研玻人”的分会（Ｕ分会：非晶合金与高熵合金）还是挺热闹,挺成功的。该来的基本都来了！会议的学术质量还是很高的。共有１１个 session 。尽管会场设在简陋、狭小的教室里，天气炎热,但丝毫没有减弱大家交流的热情。 人丁兴旺。 估计参会的师生人数在120人以上。特别是有大量的研究生参加。第一天的分会场因为人太多，不得不临时更换更大的教室。 后继有人，后生可畏。 出现一批年轻、自立门户的研究团队。这样的团队是创新的潜力股，如果他们能够坚持下去，形成自己在学科上的特色。 研究内容覆盖面宽。 既有比较基础的科学问题，也有面向应用的探索，如原子的扩散、液体的脆度、金属玻璃的腐蚀、激光熔覆的表面处理等等。当然，比较多的仍然是力学性能，或者说是形变与断裂。　 无论是研究基础的科学问题，还是解决实用化的瓶颈。真正有价值的工作必须是原创！ 相关链接 “ 研玻人 ” 之敦煌行 怎样当好学术会议的主席？ 闲话Poster http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=290052do=blogid=591388 第一天（7月14日）大会在体育馆里召开。整个会议据说有1600多人。 屋雅何须大？分会场报告场景。绝对是座无虚席。 2012年7月16日摄于晋祠。 2012年7月18日摄于五台山

个人分类: 业内科普|5710 次阅读|18 个评论

来自《Scripta Mater.》的贺信

热度 9 jianxu 2012-7-9 16:01

近日，收到 Elsevier 出版社的来函，祝贺本研究组 2007 年发表在 《 Scripta Materialia 》上的论文 “ Critical size and strength of the best bulk metallic glass former in the Mg-Cu-Gd ternary system ” 入围《 Scripta Materialia 》 2007-2012 五年内 发表的论文中，被引用次数最多的前 20 篇。 这项工作由本团队与美国约翰霍普金斯大学马恩教授的团队合作完成，发表在 Scripta Mater . 56 (2007) p. 161 。 目前，此文被业内同行引用 82 次。 这篇文章受到比较多的关注，可能是在以下几方面颇有原创性： （1） 在 Mg-Cu-Gd 三元合金系中，发现了具有高玻璃形成能力的合金成分： Mg 61 Cu 28 Gd 11 。该合金在铜模浇铸条件下，形成块体金属玻璃（ BMG ）棒材的临界直径可达到 12 毫米 。这在三元合金系中是比较少见的。另外，此前的研究大都沿用日本人的成分配比 Mg 65 Cu 25 RE 10 （ RE 为稀土元素）。 （2） 初步发现并报道了 Mg 基 BMG 压缩断裂强度的试样尺寸效应。特别是利用聚焦粒子束（ FIB ）切割出直径 12 微米的圆柱试样，测量出在剪切带控制断裂的情况下 Mg 基 BMG 的本征断裂强度。 相关链接 向金属玻璃的脆性说 “No” 纪念金属玻璃发现 50 周年 写专题综述的点滴体会 金属玻璃的宏观塑性与其原子尺度结构之间的关系

个人分类: 业内科普|9385 次阅读|14 个评论

向金属玻璃的脆性说“No”

热度 19 jianxu 2012-7-1 15:07

仅从力学性能的角度来说，金属玻璃具有高强度、高弹性极限的特点。然而，在无约束的载荷（如拉伸）作用下，其形变仅限于高度局域化的剪切带内，剪切带一旦萌生，便迅速扩展，导致材料整体发生灾难性断裂。换句话说，在拉伸载荷作用下的宏观塑性变形能力（塑性应变或延伸率）几乎为零。因此，有些人将金属玻璃归类为一类“准脆性”材料。 拉伸没有塑性的材料是否真的就是很脆呢？ 其实，“塑性(plasticity)”与“韧性（ toughness ）” 似乎是两个很容易被混淆的概念。许多人甚至完全是望文生义，乃至于想当然地认为二者可能是一回事儿。注意， 二者有关联，但不是一回事儿。 衡量材料韧性的一项比较基本但却很重要指标是材料的“断裂韧性”。断裂韧性也是工程上选用高强度材料作为承受载荷零部件时进行设计的依据。断裂韧性是材料抵抗裂纹扩展的能力。材料的韧性越高，断裂时所消耗的能量就越大。在实验上，专业地测量材料的断裂韧性颇有难度，远不如一般的压缩或者拉伸实验那样简单。对于新材料而言，越是接近于实用，就越是需要了解其断裂韧性。按照标准的测量方法，测量断裂韧性需要较大尺寸的试样。数据的计算与处理也比较麻烦。 金属玻璃的断裂韧性很早就受到人们的关注，即便是在仅仅能够获得薄带试样的上个世纪 70 年代。块体金属玻璃（ BMG ）出现后，断裂韧性的研究仍然很有限的原因主要有两个方面，一是由于相当一部分材料都很脆，无法实现“疲劳预制裂纹”；另一方面是受到合金玻璃形成能力的限制，能够制备出大尺寸试样的合金体系还是有限的。已有的研究结果显示，金属玻璃的断裂韧性差不多跨越（覆盖）两个数量级，从大约 2 MPa m 到 100 MPa m 。脆者真的是像“玻璃”一样，韧性好的甚至可以超过钢铁和钛合金。 2011 年，美国加州理工学院 Bill Johnson 教授的研究组，报道了一种新的 Pd 79 Ag 3.5 P 6 Si 9.5 Ge 2 金属玻璃，声称其断裂韧性可以达到 200 MPa m 水平，强度与韧性的结合超过目前所有的金属材料，并首次揭示高韧性的单相金属玻璃（不含第二相）可表现出裂纹阻力行为（ R - 曲线 ），即随着裂纹的扩展（也叫生长），可出现应变能释放速率（ J 或者 K ）的增高。在裂纹尖端出现由于多重剪切带萌生与增殖所构成的大范围的塑性区。 这一发现具有重要意义， 说明不脆的金属玻璃“可以有”。 文章在《 Nature Materials 》发表后，曾经引起轰动。就连英国的《泰晤士报》都进行了报道。 当然，以贵金属作为合金成分基础的钯基金属玻璃价格不斐，是不可能作为结构材料广为应用的（美国人正在探索其生物医用和在奢侈品上的应用）。那么，除了钯基合金之外，是否还会有其他合金体系的金属玻璃可以具有高断裂韧性，也会出现“ R - 曲线”行为？答案是“ Ye! ”。 几年前，我们开始聚焦金属玻璃断裂韧性的问题。经过 不断地上下求索，功夫不负有心人。两年前，工作开始有了眉目。在 Zr-Ti-Cu-Al 四元合金中发现的 Zr 61 Ti 2 Cu 25 Al 12 合金（简称为 ZT1 ）不仅具有较好的玻璃形成能力，而且具有很高的断裂韧性。用于断裂韧性研究的试样不仅能够 预制出疲劳裂纹，而且在 “载荷 - 裂纹张开位移曲线”上出现明显偏离线弹性的倾向。进一步而言，我们的合金是否也会具有裂纹生长阻力的特性，表现出 R - 曲线？经过学生的努力，我们的确发现， R - 曲线在锆基金属玻璃中 “可以有”， ZT 1 的断裂韧性达到 130 MPa m 也 “可以有” ，见新近发表的论文 “ Crack-resistance curve of a Zr-Ti-Cu-Al bulk metallic glass with extraordinary fracture toughness ” , Acta Mater . 60 (2012) 4940 。 我们的工作显示，不脆的金属玻璃不仅在钯基合金里“可以有”，在不含贵金属的锆基合金里也“可以有”！其他的地方，也可能还会有。 没有探索，就不会有新发现。 我曾经对做断裂韧性研究的学生们说，你如果是在做 BMG 的压缩实验，就好比是开着一辆 桑塔纳 ，而你要是做它的拉伸性能研究，那就是开上了 奥迪 。如果你做断裂韧性的研究，那就等于是开上了 奔驰 或者 宝马 。那么，你想开什么？事实证明， 奔驰 咱们可以开！而且开 奔驰 的感觉真好。哈哈！ 参考文献 1. J. Xu, U. Ramamurty, E. Ma, The fracture toughness of bulk metallic glasses, JOM , 62 (2010) 10. 2. Q. He, Y.Q. Cheng, E. Ma, J. Xu, Locating bulk metallic glasses with high fracture toughness: chemical effects and composition optimization , Acta Mater . 59 (2011) 202. 3. Q. He, J.K. Shang, E. Ma, J. Xu, Crack-resistance curve of a Zr-Ti-Cu-Al bulk metallic glass with extraordinary fracture toughness, Acta Mater . 60 (2012) 4940. 相关链接 纪念金属玻璃发现 50 周年 “ductility” 和 “malleability” 之间究竟有什么区别 ? 科学网 2011 年金属玻璃研究要闻 写专题综述的点滴体会 金属玻璃的宏观塑性与其原子尺度结构之间的关系 扫描电子显微镜（ SEM ）观察到的试样裂纹尖端处形成的丰富剪切带台阶。千丝万缕意绵绵，裂纹“你别走”。 Tough 就是难缠，就是纠结！ （照片由贺强博士拍摄）

个人分类: 业内科普|17033 次阅读|36 个评论

莫斯科“ISMANAM 2012”会议片花

热度 5 jianxu 2012-6-25 11:55

6 月 17-22 日，“第 19 届亚稳态、非晶态和纳米结构材料国际会议”（ 19th International Symposium on Metastable, Amorphous and Nanostructured Materials ， ISMANAM 2012 ）在莫斯科的科学技术国立大学（ MISIS ）召开。参加会议的学者、学生来自 41 个国家。中国内地的同行来参加的不够踊跃，包括 2 位来自香港的学生不足 15 人。相反台湾来的差不多近 20 人，有许多新面孔，包括搞奈米的（台湾人将纳米翻译为奈米）。美国来的也不多，据说是签证不好办，倒是来了不少发展中国家的如墨西哥、阿尔及利亚。 大会的主会场设在大学的旧主楼。用作为开幕式和每天上午的大会报告的会场。 6 月 18 日 ，大会第一天，日本东北大学井上教授首发出场大会报告，介绍锆基、钛基金属玻璃以及钛基无镍形状记忆合金在生物医学和器械方面的应用。 用于大会咖啡间歇的地点为主楼内的一处学生餐厅。虽说建筑是古老的，但装修相当的考究，富有艺术气息，是休闲的好场所。 会议的三个平行分会会场设在另一所新建的教学楼里。教学楼里的设施非常坚固、耐用，装修考究。入门的大厅里还有一大型屏幕，循环播映着学校的历史（许多黑白照片），其中还有以前普京来过的视频片断。 Poster 里也有好东西！必须看！ 6 月 21 日 晚，会议宴会在莫斯科的五星级酒店“总统饭店”举行。首次见识俄式大菜。 会议晚宴上将“资深科学家奖”颁发给德国德累斯顿大学 Jogen Eckert 教授。上一届获得者美国 John Hopkins 大学马恩教授参加了颁奖。 “青年科学家奖”颁发给在中国科学院物理研究所获得博士学位，现在日本东北大学作博士后的王军强博士（他也是我们科学网的博主）。 这好像是中国学者第四次获得这一奖项，前三次分别为 1998， 1999和2006 年。 下次会议将于 2013 年在意大利的都灵举办。 相关链接 “ISMANAM 2010” 花絮 祝贺“ISMANAM 2009” 举办成功！ BMG 的研究热度不衰： “BMG-8 国际会议 ” 散记 参加“BMG-VII” 国际会议感受

个人分类: 海外见闻|6879 次阅读|8 个评论

金属玻璃：惰性or活泼？

热度 12 JQWangIoP 2012-5-24 10:29

金属玻璃由于其特殊的成分及原子结构，在外界条件下往往体现出比较惰的性质。比如受力难屈服（高强度、高弹性），受到摩擦时损耗更小（高硬度、耐磨），在酸盐等条件下耐腐蚀能力强，电阻随温度变化很小，等等。 可是在某些条件下它们可以表现出更活泼的性质。比如加热时更低温度就可以转化为液态（玻璃转变现象，Tg：0.5~0.6Tm），某些铁基金属玻璃在非常低的磁场下磁化（软磁性能优异），受力容易弹性变形（弹性模量低），等等。 最近，我们发现在处理污水中的偶氮染料时，金属玻璃表现出非常高的活性，见图一。比如球磨后的铁基金属玻璃粉比晶态铁粉的活性约高200倍，而且热激活能也要低一些，这应该和金属玻璃的亚稳态结构有密切的关系【 文章见Adv.Funt.Mater.2012,DOI: 10.1002/adfm.201103015 】。而且我们最新的结果表明Mg-Zn基金属玻璃粉在降解偶氮染料时活性更高，达到晶态铁粉的1000倍以上【 文章见Scientific Reports 2,418(2012). 】。 那为什么金属玻璃会表现出既惰性又活泼的性质呢？或者说金属玻璃什么情况下惰，什么情况下活泼呢？ 先来说说为什么惰。金属玻璃内的原子虽然无序排列，但是浑然一体，缺少晶体中的晶界、位错等缺陷薄弱点，见图二。因此凡是和晶界位错有关的现象，金属玻璃都不会体现出来，也就是体现出惰性，比如晶界腐蚀，晶界位错滑移导致的屈服塑性变形等。 那为什么活泼呢？这要从势能地形图说起，见图三。一般认为玻璃态是亚稳态，处于某能量极小值但非最小值（对应晶态），因此无论从经典力学的能量角度考虑还是量子力学角度考虑，和晶态比，玻璃更容易被激活。因此表现出低模量、低固-液转变温度（玻璃转变）等。因此可以这样简单理解为涉及整体热力学统计性质的现象金属玻璃会表现出高活性。 惰？！活泼？！——这就是金属玻璃，充满了矛盾。因为有阴又有阳，变幻使之变得美丽而有魅力！ 附上第一篇文章在AdFM的审稿意见： IMPORTANCE: 1. Critically important (top 5%) DATA OBTAINED VERIFY HYPOTHESIS AND CONCLUSIONS: Yes APPROPRIATE LENGTH: Yes OTHER JOURNAL: RECOMMEND ACCEPTANCE: 1. Acceptable without change COMMENTS: One of bottlenecks of metallic glasses is applications. This paper presents interesting results using unique properties (outstanding efficiency of Fe-based metallic glass powders in degrading organic water contaminants) of metallic glass for the application. The authors have demonstrated and compared that the metallic glass has better chemical performance than the commercial one. They show that metastable thermodynamic nature and the particle surface topography are the major factors controlling the chemical performance of the metallic glass. Their findings may open a new opportunity for functional applications of metallic glasses. The paper is well written and the results are very interesting not only in metallic glass filed. I think the paper fit well of the requirements of Adv. Func. Mater. I then recommend the publications.

12808 次阅读|22 个评论

何谓“金属玻璃”？

热度 48 JQWangIoP 2012-5-23 13:16

好莱坞电影《终结者》中具有变换莫测的不死之身的未来战士给观众留下了深刻的印象，见图1。他们无坚不摧，而且破碎后能够像液体一样自然流动然后自动修复成原来的样子。 科幻电影中的神奇现象在现实生活中有他对应的材料。 这就是金属玻璃（metallic glass），也称为液态金属（liquid metal）或 非晶态合金（amorphous alloy）。那什么是金属玻璃？这类材料又有什么样的优异性能呢？ 金属玻璃拥有无序的原子堆积结构，这和普通金属中的原子晶格结构完全不同。这个可以通过高分辨透射电子显微镜观察到，如图二。 这种无序的原子结构决定了金属玻璃拥有很多晶态金属无法企及的优越性质，比如高强度、高弹性、高硬度、耐腐蚀、耐摩擦等等。那么金属玻璃的强度有多高呢？金属玻璃家族的屈服强度分布于从0.5GPa到6GPa的范围，而已知的铁基或钴基金属玻璃强度一般为3~6GPa。 这个数字是什么概念呢？ 假如拿一个重约1.5吨的小汽车来说，如果用普通钢材支撑它，大概需要7~10根直径2毫米的钢筋，而改用铁基金属玻璃我们只需要1根就够了（如图三所示）。 那为什么“未来战士”具有自修复功能呢？ 一般来说，物质有三种状态：固态、液态、气态。 固态物质形状比较稳定，而液态和气态可以自修复，正所谓“抽刀断水水更流”。 加热可以从固态转化到液态，对于一般晶态金属来说，这个转化过程称为熔化；而玻璃作为固体的一种，加热也可以转化为液态，但是这个过程称为玻璃化转变。对于同一物质的玻璃态和晶态来说（比如硅），其玻璃转变温度大约是熔化温度的0.5~0.6倍（如图四所示）。因此，和晶态相比，玻璃态更容易转化成液态从而发生自愈合。 除了这两方面性质，金属玻璃还有很多优异的性能，比如优异的软磁性能，抗腐蚀能力，高弹性等等。虽然越来越多的表观性质被大家所认识，但是仍然有很多性质还没有得到开发利用。与这些性能相关的很多基本物理问题依然不清楚。需要继续深入研究。 根据镜先生和李博主的提议补充如下： 金属玻璃是金属吗？ 大部分金属玻璃体系都是由100%金属组成的合金，比如Cu, Zr, Al, Fe, Co, Ni, Mg,Zn, Ca, Yb, Ce等。但是也有好多体系包含非金属（或类金属）元素，比如Si，C, P，B等，含量可能达到20 at.%以上。但是金属玻璃都是导电的，电阻率比普通金属高1~2个数量级，具体和成分和制备条件相关。 金属玻璃透明吗？或 透明是玻璃的本质吗？ 一般金属玻璃是不透明的（块体、普通条带），但是当厚度降到纳米级别后就变得透明了。是否透明（透射可见光）是由材料的电子结构决定的，很多晶态的绝缘体（如NaCl,氧化物、聚合物）也都是透明的。所以透明不是玻璃的本质；原子无序排列是玻璃的本质。

53589 次阅读|117 个评论

“ductility”和“malleability”之间究竟有什么区别?

热度 14 jianxu 2012-5-13 18:40

中文将“ plasticity ”译为塑性，它是相对于“ elasticity ”而言。 “ ductility ”译为延性（好像台湾人叫做“展性”），经常会有人把它也说成是塑性，这就把人搞“蒙圈”了。 不知道“ malleability ”应该怎样翻译才合适？ 有些搞材料力学性能的专家认为，只有在拉伸载荷下的塑性变形能力才能称得上是“ ductility ”。 网上搜搜一看，英文的说法的确有所不同。 Ductility and malleability are two properties of metals that describe specific tendencies in certain metals. Ductility describes the property of the ability to stretch a metal, without being damaged. Highly ductile materials are useful for stretching into wires. Malleability describes the property of a metals ability to be deformed under compression. Highly malleable materials can be readily rolled or hammered into sheets. While these properties are similar, different materials react differently in these circumstances. Gold or copper for example, are both highly ductile and malleable, whilst lead is only malleable. （有些金属玻璃可能与铅很像， malleable 但不一定 ductile ） 再看“ ductility ”和“ plasticity ”之间有什么区别？ Ductility is a substance’s ability to be stretched or bent, whereas plasticity is its ability to be pushed or squeezed into another shape. 相关链接 金属玻璃的宏观塑性与其原子尺度结构之间的关系 http://wiki.answers.com/Q/What_is_the_difference_between_ductility_and_malleability#ixzz1ujyLj6q7 http://wiki.answers.com/Q/What_is_the_difference_between_ductility_and_malleability#ixzz1ujyE8nFp http://wiki.answers.com/Q/What_are_the_difference_between_ductility_and_plasticity#ixzz1ujypEcX4 http://wiki.answers.com/Q/What_are_the_difference_between_ductility_and_plasticity#ixzz1ujykBAMD

个人分类: 业内科普|45300 次阅读|13 个评论

10年来的高被引文章（金属玻璃）共36篇

sfguo 2012-3-20 23:49

10年来的高被引文章（Highly Cited Papers（last 10 years））： 发表于十年内各领域中被引用次数Top 1%的文章。 以metallic glass为关键词 HIGHLY CITED PAPERS FOR (METALLIC GLASS) HIGHLY CITED PAPERS FOR (METALLIC GLASS) last 10 years.pdf

个人分类: 非晶前沿|3299 次阅读|0 个评论

TMS2012散记

热度 4 jianxu 2012-3-17 10:28

3 月 11-15 日，“ TMS 2012 ” 在美国弗罗里达州的奥兰多（ Orlando ）召开。这是继五年前的“ TMS 2007 ” 之后， TMS 这一金属材料领域重要的国际学术年会再次回到奥兰多。会议在“迪斯尼世界”内豪华的“天鹅 - 海豚”宾馆两个会议中心举行。与会的有两千多人。据说美国材料界在经历了若干年的“纳米 ” 、“生物”等泡沫之后，重新重视起结构材料，特别是核能材料。本次会议的内容非常丰富，包括镁合金，力学性能等领域显得都很热闹。与会者或者忙碌于会场外的交流与讨论，或者是穿梭于不同的分会场，赶着听自己感兴趣的报告。会上很难得地听到了不少“大牛”的报告，讲的透彻，获益非浅。这种“牛”，让你从心悦诚服，因为“牛”的是学问。参加这样的学术会议真的是很爽，很 enjoy 。 三月的奥兰多已经颇有夏天的味道，早晚凉爽。天气晴朗，空气清新，让人心旷神怡。与国内的“污”、“堵”、“躁”、“累”形成了鲜明的对照。这里是美国人度假的圣地。特别是卡通王国“迪斯尼世界”搞的那几个游乐公园，是吸引孩子们的“天堂”。没看出来美国人怎么受到金融危机的影响，照样是过着他们的好日子，享受着世界上最优质但却是最廉价的商品；享受着最发达、开阔的高速公路和最廉价的汽油；享受着郁郁葱葱、森林与草坪交映的自然环境。 星期二晚上，所里办了个 reception ，特别邀请参加会议的所友们相聚。也包括在曾经在所里短期工作过的老外。有幸见到了许多从所里毕业、现在美国做博士后的学生。 块体金属玻璃（ BMG ）的分会场也算很火爆，主要的“大牛”都来了。会议最后的那天（星期四），许多分会都撤了。可 BMG 分会的报告一直挺到下午，而且上午还安排了两个会场。从报告内容来看，也的确又取得了少新的进展，颇为令人鼓舞。 相关链接 随 TMS 来到圣迭戈 BMG 的研究热度不衰： “BMG-8 国际会议 ” 散记 THERMEC vs. 魁北克城 闲话 Poster 中国好，还是 美国好？

个人分类: 海外见闻|5824 次阅读|4 个评论

科学网2011年金属玻璃研究要闻

热度 3 jianxu 2012-1-1 10:34

《自然—材料学》：美国研制出迄今强韧度最好合金 科学家开发可吹塑成型合金材料 强度是普通钢材两倍 科学家在金属玻璃内部发现单晶体结构 科学家发明处理金属玻璃新方法 中国科学家成功制备系列高性能金属玻璃 如有遗漏，欢迎业内人士补充。 相关链接 纪念金属玻璃发现 50 周年 “ 香山会议 ” 的题外话 金属 玻璃的宏观塑性与其原子尺度结构之间的关系 材料科学大师（ 1 ）： David Turnbull 晒一晒咱们领域的美国工程院院士 “ 研玻人 ” 之敦煌行 http://tech.sina.com.cn/d/2008-05-15/09512196518.shtml http://tech.sina.com.cn/d/2011-01-14/07475093385.shtml http://www.cnbeta.com/articles/167038.htm http://www.cas.cn/xw/kjsm/gjdt/201105/t20110517_3133889.shtml http://www.bjkp.gov.cn/bjkpzc/kjqy/clkx/368842.shtml http://www.lninfo.gov.cn/kjzx/show.php?itemid=40270

个人分类: 业内科普|5546 次阅读|4 个评论

晒一晒咱们领域的美国工程院院士

热度 10 jianxu 2011-12-11 14:16

这些科学家，有的毕生从事金属玻璃的研究，有的从事过金属玻璃力学行为的研究，对金属玻璃的研究与发展不同程度地做出过重要的贡献。他们的学术成就被传承，发扬光大，推动着金属玻璃领域的不断进步。他们的学术观点被载入史册和教科书，被奉为经典，甚至难以超越。 老美工程院院士的最大特点是考量他们对工程科学的贡献。 年轻人若是想追星，那就去追这些人吧！千万别拿着鸡毛当令箭！ 博主只是想介绍一下什么样的人才叫牛，他们牛在哪里？我们评价“牛”的标准与人家差在哪里？标准被扭曲的结果是离“真善美”越来越远，对年轻人误导的结果是一代不如一代。 Dr. Ali S. Argon , Quentin Berg Professor, Emeritus. Massachusetts Institute of Technology, Cambridge , MA, United States . Member Type: Member. Election Year: 1989. Section: 09. Materials. 博主：提出金属玻璃塑性变形的剪切转变区模型。 代表性论文：Title: PLASTIC-DEFORMATION IN METALLIC GLASSES Author(s): ARGON AS Source: ACTA METALLURGICAVolume: 27 Issue: 1 Pages: 47-58 DOI: 10.1016/0001-6160(79)90055-5 Published: 1979 Times Cited: 902 (from Web of Science) Dr. William J. Boettinger , Fellow. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg , MD, United States . Member Type: Member. Election Year: 2006. Section: 09. Materials. 博主：提出金属共晶体系凝固的共生区模型。 Dr. William L. Johnson Ruben and Donna Mettler Professor of Materials Science, Engineering and Applied Science, California Institute of Technology, Pasadena, CA, United States. Member Type: Member. Election Year: 1999. Section: 09. Materials. 博主：他的贡献太大了，而且是多方面的。最具影响力的是发现了超高玻璃形成能力的 Zr-Ti-Cu-Ni-Be 合金，引领了块体金属玻璃研究的热潮。 代表性工作及其引用： Title: A HIGHLY PROCESSABLE METALLIC-GLASS - ZR41.2TI13.8CU12.5NI10.0BE22.5 Author(s): PEKER A; JOHNSON WL Source: APPLIED PHYSICS LETTERSVolume: 63 Issue: 17 Pages: 2342-2344 DOI: 10.1063/1.110520 Published: OCT 25 1993 Times Cited: 1,661 (from Web of Science) Dr. James C.M. Li A. A. Hopeman Professor of Engineering, University of Rochester, Rochester , NY, United States . Member Type: Member. Election Year: 2006. Section: 09. Materials. 博主： 70 年代研究过金属玻璃的力学行为。华裔。 Dr. Chain T. Liu . Distinguished Research Professor, Auburn University, Auburn , AL, United States . Member Type: Member. Election Year: 2004. Section: 09. Materials. 博主：从研究金属间化合物转入研究金属玻璃。华裔，中文名刘锦川，曾在橡树岭国家实验室工作。 Dr. William D. Nix Lee Otterson Professor of Engineering (Emeritus), Stanford University, Stanford , CA, United States . Member Type: Member. Election Year: 1987. Section: 09. Materials. 博主：主要研究材料的力学行为，也包括金属玻璃。 Dr. John H. Perepezko . IBM-BASCOM Professor of Materials Science and Engineering. University of Wisconsin, Madison, Madison , WI, United States . Member Type: Member. Election Year: 2004. Section: 09. Materials. 博主：主要研究金属凝固的形核与生长，也包括铝基金属玻璃。 Dr. Robert O Ritchie . H.T. Jessie Chua Distinguished Professor of Engineering and Chairman, University of California, Berkeley, Berkeley , CA, United States . Member Type: Member. Election Year: 2001. Section: 09. Materials. 博主：主要研究材料的力学行为，也包括金属玻璃，还涉猎骨头、牙齿等硬组织的力学性能。 Dr. Ricardo B. Schwarz . Los Alamos National Laboratory Fellow, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos , NM, United States . Member Type: Member. Election Year: 2006. Section: 09. Materials. 博主：研究过金属玻璃的形成能力，软磁铁基金属玻璃等。 Dr. Frans Spaepen John C. and Helen F. Franklin Professor of Applied Physics, Harvard University, Cambridge , MA, United States . Member Type: Member. Election Year: 2008. Section: 09. Materials. 博主：提出金属玻璃形变的自由体积模型，研究过金属玻璃的结构弛豫等。 代表性论文：Title: MICROSCOPIC MECHANISM FOR STEADY-STATE INHOMOGENEOUS FLOW IN METALLIC GLASSES Author(s): SPAEPEN F Source: ACTA METALLURGICAVolume: 25 Issue: 4 Pages: 407-415 DOI: 10.1016/0001-6160(77)90232-2 Published: 1977 Times Cited: 1,134 (from Web of Science) 以上资料摘自美国工程院网页。 论文引用情况转载自： 引用最多的十篇Metallic glasses 文章（Web Science 检索） 相关链接 http://www.nae.edu/default.aspx?id=20412 http://bbs.sciencenet.cn/forum.php?mod=viewthreadtid=535080extra=page%3D1 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2011/12/257360.shtm

个人分类: 先贤故事|8936 次阅读|15 个评论

“研玻人”之敦煌行

热度 6 jianxu 2011-10-15 00:31

网上有人将从事金属玻璃研究的人称为“ 研玻人 ”。如同“ 哥”、“ 姐”、“ 男”之类的戏虐。 10 月 8-11 日，由兰州理工大学承办的“ 2011 年中国材料研究学会非晶合金年会暨国际研讨会 ” 在历史名城甘肃的敦煌召开。 来自全国各地的师生近 140 人与会，大家针对近期对金属玻璃的研究进行了广泛的交流与讨论。 新鲜事不少，进展不小。 。。。。。。。 此前，真的是没有概念，不知道敦煌有多远？这次真的是领略了中国之大，从西安转机飞到敦煌也竟然需要 2 小时 20 分。从此，也刷新了个人的两个纪录：（一）首次来到甘肃省。（二）在中国西行最远端。 此行，身临其境地领悟了“大漠”、“沙丘”、“戈壁”、“河西走廊”、“丝绸之路”的含义。 10 月 9 日 会议开幕式。 敦煌夜景。旅游城市敦煌为一隶属酒泉市的县级市。 位于敦煌附近的世界文化遗产莫高窟，以其历史悠久（ 1500-1600 年前）的佛教壁画闻名世界。“窟”是沿着山崖开凿的窑洞，经唐、宋等历代建造。窟内有佛像（例如，如来佛），巨大者 30 多米高，佛龛和周围的墙壁上绘有宗教故事的壁画。按照鄙人的理解，从某种意义上来说，“窟”事实上就是供奉神灵的庙（但没有憎人）。在石窟的石壁上抹上一层厚厚的泥巴，再将壁画绘于上面。 一方面，壁画的创作与表达充满了想象力；另一方面也显示出当时的艺匠在绘画技巧上的精湛技艺。 随着年代的变迁，有的壁上最初的一层壁画被后人用泥覆盖，在上面重新作画。多者有三层之多。这些历史悠久的壁画之所以能够保留下来，成为珍贵的世界文化遗产或许有这样几个原因： 1 ）敦煌地区气候干燥，干湿波动较小，所以“墙皮”不易开裂、剥落。但墙表层的制作“配方”至今也仍然是不解之谜，充满悬念。干燥的空气使得画上的颜料不易发生氧化、退色（当然，还是有许多了退色），除非那些采用天然物质作为的“颜料”之处（因为它们的颜色经得起历史的考验）。 2 ）敦煌在地理位置上偏远，人烟稀少，交通不便。因此，躲过了历代连绵不断的人为战祸。甚至躲过了文革中红卫兵们“破四旧”这一大劫。 鸣沙山里的月牙泉 。鸣沙山的沙丘因细沙在风吹时引发的摩擦发出的响声而得名。月牙泉便是那神奇的沙漠绿洲，孕育出绿色的生命。

个人分类: 自拍自娱|5713 次阅读|6 个评论

THERMEC vs. 魁北克城

热度 2 jianxu 2011-8-7 11:28

8 月 1-5 日，“ 2011 年先进材料加工与制造国际会议 ”（ THERMEC’2011, International Conference on Processing Manufacturing of Advanced Materials ）在加拿大东部 魁北克城 的会议中心召开。会议中心豪华、气派，设施非常专业。 会议规模较大，有来自 45 个国家的 1000 多人参加，其中日本人最多，达 320 人（看来大地震没有什么太大的影响）。东道主加拿大和中国的参加人数并列第二位（ 120 人）。会议涉及的领域及其广泛，从传统的钢铁材料，到金属间化合物、镁合金等新材料，几乎覆盖了所有的金属材料以及较新的加工技术。 可谓是搞金属材料人的大聚会。 金属玻璃分会进行了 1 天。 同行们来自日本、韩国、中国台湾、美国、法国和中国。日本人最多。 镁合金分会进行了 2 天半，会场上的人不少。生物材料分会规模较大，持续了 4 天。 生物医用降解金属分会 独立于生物材料分会，从 3 日（星期三）开始，报告进行了 2 天半（ 5 日，星期五结束）。此次会议也是去年意大利 Maratia 会议的系列会议。参加的研究人员来自加拿大、德国、美国、中国、新西兰、韩国、马来西亚。讨论很热烈。 魁北克城是魁北克省的省会，典型的法国风情，讲法语。建于 18 世纪初，是北美最古老的城市之一。老城区于 1985 年被批准为世界遗产。二次世界大战期间，美国总统罗斯福和英国首相丘吉尔曾经在这里举行过会议，做出了开辟欧洲第二战场的决定。 这里的气温温差很大，只是在中午热一会儿，时阴时晴，有时还下雨，十分凉爽。与出来之前炎热的北京和沈阳比起来，简直是爽极了。真真是个避暑的好地方。晚上坐在外面吃饭，甚至还会有一种瑟瑟秋风的感觉（必须穿外衣）。 芳堤娜城堡饭店 （ Fairmont Le Chateau Frontenca ）由加拿大平洋铁路公司建于 19 世纪，矗立在岬角峭壁上，面向圣罗伦斯河，是魁北克城的地标。 魁北克省议会大厦。 始建于 1877 年，典型的法兰西风格，主楼前面的喷泉很美。周边的花园里，有历任省长的铜像。 相关链接 BMG 的研究热度不衰： “BMG-8 国际会议 ” 散记 随 TMS 来到圣迭戈 Maratea 可生物降解金属研讨会 “ISMANAM 2010” 花絮 参加 “BMG-VII” 国际会议感受 祝贺 “ISMANAM 2009” 举办成功！ Workshop Should Work ！

个人分类: 海外见闻|6704 次阅读|2 个评论

[转载]金属玻璃（Metallic Glass）

sunapple 2011-6-30 20:03

金属玻璃（ Metallic Glass ）是现代材料科学领域中的“新贵”。1960年，美国加州理工学院的 Pol Duwez 教授第一次在实验室制备出这种新型材料，研究结果发表在当年9月3日出版的Science杂志上。除了Pol Duwez教授及其合作者外， David Turnbull 也是值得一提的金属玻璃国际研究先驱，因为他在1948年就提出，金属可以在其结晶温度以下呈现相当程度的过冷（undercooled）。 经过50多年的研究，如今金属玻璃已有广泛的用途，包括运动器材、包覆材料、变压材料等等。 它比普通金属强度更高，可以说是目前世界上强度最高的金属材料；具有耐腐蚀、耐磨的优良性能，还有很高的弹性极限。金属玻璃制成的手机外壳可以恒久光亮如新，制作的高尔夫球杆能把球送到更远的地方，它还可以用于制造一些造型精巧的微小器件。 金属玻璃——由金属元素构成，但内部的原子又像玻璃一样无序排列。 金属玻璃内部杂乱无章的原子阵列阻碍了科学家对于材料性能认识和研发新型材料。1995年，凝聚态物理奠基人、诺贝尔奖获得者P.W. Anderson就曾在《Science》杂志上说：“有关对无序玻璃态认识的问题是目前凝聚态物理最重要也是最困难的问题之一。” 最近，这一难题终于被科学家破解。浙江大学材料科学与工程学系新结构材料国际研究中心的蒋建中教授领衔的课题组发现：在高压状态下，看似无序的金属玻璃呈现出有序结构。研究论文《 Long-range topological order in metallic glass 》发表在今年6月17日出版的Science杂志上，第一作者是浙大材料系新结构材料国际研究中心曾桥石博士后。 传统观念认为，金属玻璃的微观原子结构不存在长程有序，实验上从未有过相关报道。浙大这一课题组采用天然材料中最硬的金刚石，在实验室里对头发丝大小的一块金属玻璃样品进行“挤压”，因为受力面积小，压强可以达到25万个大气压，然后在电子显微镜下观察其原子排列。他们惊喜地发现，在一定条件下，长程拓扑序的确存在。 浙大的这个课题组之前还成功地合成出世界上尺寸最大的稀土基大块金属玻璃材料。这次他们又第一次揭示了金属玻璃中可以存在长程拓扑有序，改变了人们对玻璃结构的传统理解和认识，为玻璃结构的研究提供了一个全新的思路。该研究工作得到了Science杂志审稿人的高度评价。 这项重要的研究工作可以说还颇具一番哲学意味：有序中包含无序，无序中包含有序。 相关报道 ： （1） http://www.zju.edu.cn/english/redir.php?catalog_id=279955object_id=2014409

个人分类: 技术力论坛|0 个评论

BMG的研究热度不衰：“BMG-8国际会议”散记

热度 5 jianxu 2011-5-21 12:15

5 月 15-19 日来到香港理工大学，参加了 “ 第八届块体金属玻璃国际会议（ BMG-VIII ） ” 。与会的有来自中、美、德、英、日、韩、新加坡等 16 个国家的 240 位专家、学者和学生（ 64 位）。会上共有 137 个口头报告和 65 个展板。 （该来的基本上都来了。） 印象深刻的几件事儿立此存照： 剪切带的物理本质、金属玻璃的形变与断裂仍然是研究热点。 （ 有科学问题，认知不断深入。） 来自日本仙台东北大学的 N 博士在他的报告中插播了仙台遭受海啸的视频片断以及一些灾后的图片。向灾后给予他们关注和慰问的国际同行们表示衷心感谢。据说，他们实验室的建筑并没有太严重的损坏，但一些仪器设备因遭受强烈的移动而无法工作，目前正在抢修。 （仙台是 BMG 研究的重镇。） 块体金属玻璃（ BMG ）的商业化取得新进展。 L 公司用 BMG 为瑞士欧米伽公司制作高档手表外壳，利用 BMG 易于成形、耐磨、表面抛光光亮等 性能上的优点。苹果公司已利用 BMG 制作电子产品外壳。 F 公司已在中国深圳投资建厂，生产由 BMG 制作的电子产品外壳 。（ 言 BMG 无用论者闭嘴！ ） 《自然 - 材料》的编辑 Heber 博士参加了会议并在会议的宴会上总结了近年来在 《自然 - 材料》上发表的关于金属玻璃的工作，提出了他们认为今后期待解决的科学问题 。 《自然 - 材料》对金属玻璃的情有独钟或许是源于第一篇关于金属玻璃的论文就发表在《自然》上。 （关键在于材料新！） 经专家推荐，共评选出 6 项展板奖（铜 3 、银 2 、金 1 ）。获奖者仅限于研究生。最后，来自韩国汉城国立大学的女硕士研究生金小姐将金奖收入囊中（据说是 4000 港币）。据透露，《自然 - 材料》有意在下次的会议上提供这一奖项的奖金并冠名。 （鼓励杰出学生研究 BMG 。） 会议最后总结中，聂教授引用他老板的一句名言：“ 从研究的观点来看，衡量一个会议成功与否并不在于我们已经解决了多少问题，而在于我们产生了多少新的思想与概念 ”。 （精辟！） “第九届 BMG 会议”将在明年 10 或 11 月期间举行，地点待定。 （去是必须地！） 相关链接 纪念金属玻璃发现 50 周年 参加 “BMG-VII” 国际会议感受 “ISMANAM 2010” 花絮 祝贺 “ISMANAM 2009” 举办成功！ Workshop Should Work ！ 材料科学大师（ 1 ）： David Turnbull 分享 金属玻璃的宏观塑性与其原子尺度结构之间的关系 会议主会场。 18 日晚宴一角。 18 日的宴会上向 6 位获得展板奖的学生颁奖。 合影留念。

个人分类: 业内科普|11449 次阅读|9 个评论

写专题综述的点滴体会

热度 4 jianxu 2010-12-27 21:02

去年十月初，应《 JOM 》一位客座编辑的邀请，与另外两位国际同行一起，为该刊撰写一篇针对块体金属玻璃断裂韧性问题的专题综述。 《 JOM 》（ Journal of Metal 的缩写）（ http://www.tms.org/pubs/journals/JOM/JOMhome.asp ）由美国矿物、金属与材料学会（英文缩写为 TMS ， http://www.tms.org/TMSHome.aspx ）主办，面向金属材料领域的学术研究、大学教育以及工业界等方面的读者。该刊上发表的特邀综述文章，旨在促进某些特定研究方向的繁荣与发展。 能够有机会为这样的期刊撰写一篇专题综述，虽说是一种荣誉，而更多的则是一种挑战。 因为，对于博主来说，正儿八经地用英文为国际期刊写综述这还是头一遭。 对这篇综述稿件的要求是希望能够对新入道的研究者们（如刚刚开题的博士研究生）具有 入门 和 指南 的作用。显然，达到这一要求并非轻松。简单地可以这样说， 专题综述就是针对某一具体的学术问题，写出它的过去、现在和将来 ，或者说是昨天、今天和明天。对于 过去 ，应清晰地介绍出问题的历史沿革、来龙去脉，里程碑水准的工作。 现在 ，主要是近期的数年里所取得的关键性进展。 将来 ，即对于未来有什么展望（ Outlook ）？还有哪些关键的问题有待于解决？总的感觉是， Outlook 这一部分最为难写 。 差不多花了一个多月的时间，读文献、思考（有时会半夜醒来）、敲键盘、与其他同行 e-mail 讨论等，终于如期定稿、交了差。最大的收获在于通过整理思路，对于断裂韧性这一问题有了更深层次的理解，也为今后的工作奠定了基础。当然，也可以期待此文将会对一些年轻的研究者们有益。 这里，也顺便推荐几篇博主认为在金属玻璃领域非常经典的综述文章： 1 ） H.S. Chen : Glassy Metals. Rep. Prog. Phys. 43 (1980) p. 23. 2 ） W.L. Johnson : Bulk Glass-Forming Metallic Alloys: Science and Technology. Mater. Res. Sos. Bull. (1999) Oct. p. 42. 3) A. Inoue , Stabilization of Metallic Supercooled Liquid and Bulk Amorphous Alloys. Acta Mater . 48 (2000) p. 279. 4) C.A. Schuh, T.C. Hufnagel, U. Ramamurty , Mechanical Behavior of Amorphous Alloys. Acta Mater . 55 (2007) p. 4067. 还是那句老话，把时间用在刀刃上，多读经典文章，少看垃圾文章（浪费时间是小，免疫力不足被误导是大）。当我们能够感受到读经典文章是一种享受时，自身的学术功底一定会得到给力！ 。。。。。。 写文献综述是完成博士论文的一个重要环节，如果每一位学生都能够针对自己所研究的问题，经过思考，认认真真地去把文献综述写好。相信一定会大有收获，使自己的实力大增。比较令人遗憾的是，有一部分学生，根本不去动脑筋，所写的综述只不过是在师兄（姐）的博士论文绪论上炒炒冷饭。到头来，自己的能力自然不会有什么长进。追求表面结果，而不是过程，最终玩弄的只能是自己。 人生不过是一种经历，一分耕耘，一分收获，仅此而已。 相关链接： J. Xu, U. Ramamurty, E. Ma : The Fracture Toughness of Bulk Metallic Glasses （ http://www.synl.ac.cn/org/non/zu1/publications/39.pdf ） 纪念金属玻璃发现 50 周年 金属玻璃的宏观塑性与其原子尺度结构之间的关系 把参考文献研究到位是 必须地 （图片来自网络）

个人分类: 科研感悟|15183 次阅读|24 个评论

祝贺两位朋友当选美国物理学会会士！

jianxu 2010-12-4 13:46

今晨在科学网上看到一则新闻： 25 位华人科学家新当选美国物理学会会士（ http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2010/12/241038.shtm ） 。 出于好奇，想看一下都有哪些牛人？有没有咱认识或者听说过的牛人。结果很是惊喜。居然有两位非常熟悉的朋友金榜题名。 9. 马恩 （男，美国约翰斯霍普金斯大学教授） Ma, En Johns Hopkins University Citation: For pathbreaking research and outstanding publications on metastable, amorphous, and nanocrystalline metals and alloys, and international outreach in the metallic materials field. Nominated by: Materials Physics (DMP) 。 20. 王循礼 （男，美国橡树岭国家实验室高级科学家） Wang, Xun-Li Oak Ridge National Laboratory Citation: For sustained contribution in neutron diffraction studies of structure, phase transformations, and mechanical behavior in materials and engineering systems and leadership in the design and construction of a versatile engineering diffractometer at the Spallation Neutron Source. Nominated by: Industrial and Applied Physics (FIAP) 。 首先，向两位获此殊荣的朋友表示最衷心的祝贺！ 附加一点感想 ： 西方国家的学术荣誉都是在获得者本人不知情的情况下由业内资深的科学家们提名获得的。获殊荣者本人并不知道哪些人是提名人。对于他们来说，标志着以往的学术成就和贡献得到了业内的高度认可。对他们提名的资深科学家们也远非出自于个人（或者集团）的利益。 换句话说，学术上的殊荣决非是经过个人申请（填表、提供一大堆的佐证材料），再经评审、答辩之类的途径获得的！ 两种方式的区别从根本决定了荣誉的含金量、价值与意义！ 2010 年 7 月 7 日 ，马恩博士在瑞士联邦理工学院（ ETH ）举行的 第 17 届亚稳态、非晶态、纳米结构材料国际会议 上做大会报告。 2008 年 9 月 9 日 ，王循理博士访问博主的研究组，作了题为 Competing Order Parameters and Crystallization Pathways in Metallic Glasses 的报告。 相关链接 ISMANAM 2010 花絮 参加 BMG-VII 国际会议感受 祝贺 ISMANAM 2009 举办成功！

个人分类: 海外见闻|9897 次阅读|5 个评论

纪念金属玻璃发现50周年

热度 4 jianxu 2010-11-18 00:41

（ 用迟来的笔墨，讲述一个给我们永恒启迪的故事 ） 1960 年 9 月 3 日 出版的《 Nature 》上，在 869 页刊登了一篇很短的文章，题为 Non-crystalline Structure in Solidified Gold-Silicon Alloys 。文章在版面上仅占据了一个竖栏多一点，含有一个图，字数上等效于半页纸。 就是这篇文章，报道了人类首次发现了一种新的凝聚态物质金属玻璃。 其工作的深远意义远非是当事人们所能够想象、预见的。 Pol Duwez （当时美国加州理工学院的教授）， 1907/12/11 出生于比利时， 1984/12/31 辞世 。 那个年代，他怎么能够想象出金属玻璃会被用来作为当今最时尚的 iPhone 4 的外壳？ （ http://www.technewsdaily.com/metal-iphone-4-case-looks-tough-while-it-protects-1017/ ） 1959 年 6 月， Duwez 启动了一个研究项目，研究能否在 Cu 和 Ag 的二元合金中获得固溶体？这个问题来自于共晶型的 Cu-Ag二元合金 相图，它有悖于广为接受的 Hume-Rothery 规则（合金形成固溶体的经验规则）。鉴于均匀的液相在冷却过程中分离成富 Cu 和富 Ag 的两相是一种速率过程， Duwez 认为如果能够将熔体非常快速地冷却， Cu 和 Ag 原子没有足够的时间形成团簇，便会被迫形成一种非平衡的固溶体。为此，他们建立了一套简单的装置（称为 gun technique ），将合金熔体用铜基板锤砚成厚度大约在 10 微米左右的薄片，并对快速冷却获得的薄片进行物相鉴定。 接下来，让 Duwez 更感兴趣的是，对于这样的合金体系，由于不同的晶体结构和极其不同的化合价，两个组元在任何情况下都不会形成固溶体， 如果将这样的合金熔体快速冷却，将会发生什么样的事情？ 对 Ag-Ge 合金的研究发现， Ge 在 Ag 中的固溶度的确可以通过快淬从 9.6 at.% 增加到 13.5 at.% 。一个意外的结果是， 23 at.% Ge 合金快淬后形成了一个平衡态根本不存在的密排六方相。随后他们又发现了有 100 多种类似的相。 Au-Si 二元系的性质类似于 Ag-Ge ，于是他们预计这个体系也会形成密排六方相。然而， 快淬 Au 75 Si 25 合金的 X- 射线衍射结果显示没有晶体相的存在 。这样的合金难道真的是非晶态（ amorphous ）吗？还是我们对可能存有疑问的结果过分地热情和兴奋了？ Duwez 本人并不完全相信他们的 X- 射线衍射结果已经充分地证实了非晶态固体的形成。 他打算延迟结果的发表，直到获得进一步的充分证据。但他的两个博士研究生 William Klement 和 Ron Willens 初生牛犊不怕虎 ，更有胆识 。他们不同意 Duwez 的意见，急于将结果发表。最后， Duwez 同意了他两个学生的意见，条件是他仅作为第三作者署名。 Duwez 以为，这样他可以低调一些，不太张扬，以防万一将来有可能出现的、来自非晶态固体领域专家们的负面反应。论文的标题也写得含糊婉转些，写成 Non-crystalline Structure in Solidified Gold-Silicon Alloys ，避免使用 amorphous 这个词。稿件投送到 《 Nature 》之后，没有受到评审人的苛刻评论，便顺利地接受发表了。 事实上，即便是在后来的几年里， Duwez 本人对这一发现仍然持怀疑态度，不够自信。在他看来，任何一个熟悉固体 X- 射线衍射的人都不会接受用这样的衍射花样来作为一个合金非晶态性质的证据。它至少可能是由一种非晶相与一种或者几种微晶相组成的混合物。的确，论文中所述的非晶态合金薄片在结构上很不稳定，在德拜相机中曝光的 3 小时之内，很可能就已经发生了晶化。薄片在室温存放 24 小时，就完全转变为一种非平衡的晶体相。 在这篇文章发表之后的 8-9 年，哈佛大学的 Turnbull 研究组发表了两篇十分重要的文章，报道了对液体快淬的 Au-Ge-Si 和 Pd-Si 非晶态合金的比热测量结果， 首次观察到了玻璃转变温度的存在。 玻璃转变温度的存在提供了一个令人信服的佐证：液体快淬的 非晶态合金的确是玻璃态 。至此，金属玻璃的名字（术语）方被完全承认，名副其实。 。。。。。。 这段经典故事给博主的启示： 1） 重大的科学发现经常会出自于科学家好奇心驱动的自由探索过程中，而非是什么研究项目所能计划的。 2） 并非所有重要科学发现的意义和价值都能够在短期内被人们所认识和领悟。 绝大多数人很可能都是短视的，因此应该做的只能是更加包容些，不要急于否定他人，随着时间的流逝，让事实来说话。 革命导师列宁好像说过这样一句话，刚出生的婴儿有什么用？ 3） 科学的成就与突破依赖于对科学的传承（人脉）。 在 Duwez 之后，他的学生 William L. Johnson （ 70 年代读博士期间跟随 Duwez 研究金属玻璃的超导现象）在加州理工学院持续开展金属玻璃的研究，终于在 1993 年（发现金属玻璃33年之后）取得了重要的革命性进展，在 Zr-Ti-Cu-Ni-Be 合金中发现了可形成大尺寸块体材料的金属玻璃。（ http://www.its.caltech.edu/~vitreloy/index.htm ）现今 iPhone 4 外壳用的合金，就是 Johnson 等人发展的锆合金。 相关链接 材料科学大师（ 1 ）： David Turnbull 材料科学大师（ 3 ）： William Hume-Rothery 勿将口语化的术语用于规范的学术表述 金属玻璃的宏观塑性与其原子尺度结构之间的关系

个人分类: 先贤故事|28027 次阅读|13 个评论

非晶合金塑性流动压力敏感性与剪胀之间的固有关联

mqjiang 2010-9-8 21:32

众所周知，晶态合金的塑性流动机制通常是位错运动。但是，非晶态合金中是不存在位错的，其塑性流动是通过原子团簇的非弹性剪切运动（通常称为剪切转变区）介导的，见下图。由于原子的长程无序性，这种原子团簇的剪切运动中往往包含体胀变形，即所谓的（原子团簇尺度）剪胀效应。宏观上，导致塑性流动具有压力或者正应力敏感性。但是这种剪胀效应和压力敏感性之间的定量关系，目前还不清楚。 最近，我们通过在剪切带转变区运动中考虑剪胀效应，并基于Johnson和Samwer提出的协同剪切模型(CSM) ，理论推导了塑性流动压力敏感系数与剪胀因子的之间的定量关系，并且得到了一个包含压力敏感效应的塑性屈服准则。相关结果发表在Scripta Mater 63(2010) 945-948 全文下载： Scripta Mater-2010-L Sun

个人分类: 学术研究|6493 次阅读|0 个评论

“ISMANAM 2010”花絮

jianxu 2010-7-12 01:52

7 月 4-9 日，第 17 届亚稳态、非晶态、纳米结构材料国际会议（简称 ISMANAM 2010 ）在瑞士苏黎世的 瑞士联邦理工学院 （ ETH ）召开。 会议地点： ETH 主楼。 位于 ETH 主楼大厅的注册地。 7 月 5 日 8 ： 30 ，会议以演奏一种传统的瑞士乐器（长号）作为开幕序曲。 会议的分会场之一（上课的教室）。 7 月 7 日 ，会议晚宴上颁发资深科学家奖。获奖者为美国华盛顿大学的 Ken Kelton 教授，以表彰他在液态金属形核与生长方面的贡献。 7 月 7 日 ，会议晚宴期间正值足球世界杯半决赛（德国对西班牙）。与会者也不乏球迷，在旁侧的房间里观看电视。赛后与几位德国教授闲聊，他们似乎对比赛的结果很认同。 由 ETH 主楼的露台上一览晚霞辉映下的苏黎世城。 ETH 主楼。 相关联接 祝贺 ISMANAM 2009 举办成功！ （ 2010年7月9日 于苏黎世至日内瓦的列车上）

个人分类: 海外见闻|8540 次阅读|0 个评论

[转载]纳米尺度下的金属玻璃显现超级力学性能

byfan 2010-4-18 22:57

纳米尺度下的金属玻璃显现超级力学性能 时间: 2010-02-11 08:28 来源: 科技日报 材料科学家开发出一种名为玻璃金属合金的奇异材料，其无定形且缺乏传统金属的晶体结构，其较轻的质量是将其纳入新型设备的一大优势，而其强度又可与陶瓷媲美。 　　 　　本报讯美国研究人员开发出一种新方法，只需简单地减小尺寸，即可使一些脆性材料的韧性变得更为强劲。此项科研成果刊登在2月7日《自然材料学》杂志的网络版上。 　　加州理工学院材料科学与力学系博士后研究员张东婵（音译）及副教授茱莉亚格里尔主持的该项研究，最终或将导致研发出超强度轻型耐损伤新材料。这些新材料将可用于轻型航天器的结构应用，以延长其在极端条件下的工作寿命，或可用于海军舰船以抗击腐蚀和磨损。 　　结构材料一直不得不依赖于其加工条件，从而成为其特性的奴隶。譬如，陶瓷具有很大的强度，是结构性应用的理想材料。但其又重又脆，容易在应用中产生问题，也不适于支撑重物。 　　另一方面，金属和合金则具有延展性，其虽不易碎，但又缺乏陶瓷的强度。因此，材料科学家开发出一种名为玻璃金属合金的奇异材料，其无定形且缺乏传统金属的晶体结构。这些材料也被称为金属玻璃，是由锆、钛、铜和镍等金属元素随机组织形成的。其较轻的质量是将其纳入新型设备的一大优势，而其强度又可与陶瓷媲美。不过，其随机结构又使金属玻璃变得很脆，无法承受拉伸载荷。 　　而张东婵等开发出的新技术可克服以上障碍，方法就是将金属玻璃制作得非常之小。他们设计的工艺流程可制作出直径仅为100纳米的富锆金属玻璃柱。在此尺寸上，金属玻璃变得不再只是强劲，而且还更为坚韧，这意味着在不断裂的情况下就能对其做一定的拉伸。强度加韧性代表了其在结构应用中的一种完美组合。 　　将纳米柱合成纳米阵列也许就能形成较大分层结构的基本模块，同时又有较小物体的强度和韧性，但到目前为止，这种新材料尚未得到直接应用。不过，该项工作已令人信服地证明了尺寸可被成功地用作设计参数。 　　研究人员表示，材料科学的研究正在进入一个新纪元。结构性材料的创建，不仅可通过利用像陶瓷和金属这样的整体结构，也可经由将架构特性引入其中来获得。研究人员正在利用纳米尺寸的微细金属玻璃盘及具有超细纹理的延性金属来制造砖-水泥架构，从而制造出具有更大强度和韧性的工程复合材料。 　　（冯卫东）

个人分类: 网文集锦|1202 次阅读|0 个评论

参加“BMG-VII”国际会议感受

jianxu 2009-11-6 00:56

11 月 1-5 日“第七届块体金属玻璃国际会议（ BMG-7 ）”在韩国海港城市釜山的乐园饭店举行。参加会议的大约有 150 多人，分别来自美、日、德、中、瑞士、印度、韩等 14 个国家。会议就近期金属玻璃研究的进展进行了交流和讨论。共有 8 个 Keynote 报告、 28 个邀请报告和 53 个口头报告以及 50 多个 Poster 。最后，来自日本、中国台湾和韩国的 3 个学生摘得了最佳 Poster 奖。 会议显示，在整个 community 的共同努力下，对 BMG 这类新材料的理解和认识不断深入，许多科学问题逐渐被澄清，也不断观察到一些新的现象，提出新的问题，推动着材料性能的改进和迈向未来的应用。至少在以下几个方面给人留下深刻印象。 1) “自由体积”模型不宜滥用 。一位资深人士强调，目前对“自由体积”这一概念的理解忽视了原始模型的基本适用条件，在许多情况下被误解和滥用来解释一些实验现象。另外，新近的研究还认为，在载荷作用下施加于金属玻璃上的应力等效于玻璃转变温度的下降。 2) BMG 形变过程中的“冷剪切” 。新近的研究显示，在一些 BMG 压缩断裂后的试样表面，可观察到“冷剪切”形成的断面，没有经历粘滞流变的迹象，说明没有明显的温度升高。“冷剪切”断面的大小随着试样尺寸的增大而减小。剪切形变过程中剪切带的萌生、扩展与热释放、温度升高之间的关系似乎一直存有争议，彼此间的因果关系好像是“鸡与蛋”的关系，不知是谁前？谁后？ 3) BMG 压缩试验“载荷 - 位移”（应力 - 应变）曲线锯齿现象的本源。 这一现象最早在上个世纪 70 年代就曾经观察到。后来有研究认为，每一次载荷的下降对应于新的剪切带的形成。但新近的研究发现，锯齿波的产生是由于形变初始阶段，主剪切带在失稳之前，交替“滑动 - 停滞”（加速 - 减速）的结果，而并非直接对应剪切带的形成。在含有第二相的复合材料中，多重剪切带的形成是否还可观察到锯齿波，目前还存有争议。 4) BMG 应用的探索 。这方面的可喜进展包括：利用 BMG 合金在过冷液态稳定的特点，进行精密加工以及复杂几何形状的成形；在 MEMS/NENS （微 / 纳电机械系统）器件方面的应用；金属玻璃复合多层薄膜作为高密度记录材料的应用以及 BMG 作为生物医用材料的应用等。 BMG-8 计划于 2011 年上半年举行，地点待定。 （ 2009 年 11 月 5 日 于韩国仁川机场）

个人分类: 业内科普|12700 次阅读|6 个评论

祝贺“ISMANAM 2009” 举办成功！

jianxu 2009-7-20 15:30

第 16 届亚稳态、非晶态和纳米结构材料国际会议 （ The 16th International Symposium on Metastable, Amorphous and Nanostructured Materials ，简称 ISMANAM 2009 ）于 7 月 5-9 日在北航国际会议中心召开。本领域的国内外专家、学者、学生共有 400 多人欢聚一堂，交流最新的研究进展，很是热闹，相当成功。在中国举办这样的高水平国际会议，对于中国学者和研究生们开阔视野，提高研究工作水平和国际交流能力是非常有意义的。会议规模之大，加上北京的桑拿天，真真让北航的组织者们很是辛苦，个人在此谨表谢意。 ISMANAM 这个系列会议创办于 1994 年，首次在法国的 Grenoble 举行。此后每年举办一次，先后在加拿大魁北克（ 95 ）、意大利罗马（ 96 ）、西班牙 Sitges （ 97 ）、澳大利亚 Wollongong （ 98 ）、德国德累斯顿（ 99 ）、英国牛津（ 2000 ）、美国密西根 Ann Arbor （ 01 ）、韩国首尔（ 02 ）、巴西 Foz do Iguacu （ 03 ）、日本仙台（ 04 ）、法国巴黎（ 05 ）、波兰华沙（ 06 ）、希腊 Corfu 岛（ 07 ）、阿根廷 布宜诺斯艾利斯 （ 08 ）召开。圈子（ community ）里有人把这个会议比作是（排球界的）世界锦标赛，而把另一个每间隔三年举办一次的国际急冷与亚稳材料（ RQ ）会议比作是（足球界的）世界杯。（注：首届国际急冷与亚稳材料会议于 1970 年在南斯拉夫的 Brela 举行，参加过第一届 RQ 的学者现在只剩下一位德国科学家还健在。） 笔者此前曾经 6 次参加过 ISMANAM 系列会议（ 1999 、 2001 、 2003 、 2004 、 2005 、 2007 ）。经历了这一会议近十年的变化。从会议交流的内容上来看，初期主要是机械合金化形成亚稳态材料（包括纳米结构、非晶态、不互溶体系形成的过饱和固溶体等）。九十年代末起，许多学者转向研究块体金属玻璃（ BMG ）。本次会议上， BMG 的研究仍然占据了主流。其原因在于金属玻璃的确有许多尚未澄清的科学问题值得大家进一步探索，诸如原子尺度的结构、形变与断裂机制（剪切转变区、剪切带、尺寸效应等）、玻璃转变、合金的玻璃形成能力与液体之间的关系、其它物理与化学性能、材料的加工性能、作为新材料的应用等。 从发现金属玻璃至今，已经有 50 年的历史。业内大规模地开展 BMG 的研究也已经十多年过去了。或许松土已经挖得差不多了，逐渐剩下了一些难啃的硬骨头，就看谁能领衔再次取得突破了。或许现在处于突破前的某一积累阶段（革命的前夜）。机会总是与挑战并存。可喜的是，从本次会议上看，圈子里的同行们仍然不断在许多方面取得新的进展，推动人类对金属玻璃的理解与认识。有位学者形容目前对金属玻璃剪切带研究的情况，相当于当年对晶体材料中位错的研究，终究会弄得比较明白（清楚）。位错一旦被搞清楚了，自然可以打开一片新天地，完全理解了金属的形变机制，也提供了对材料强化机制的认识。这便是基础研究的魅力所在，即一旦真正从根儿上弄懂、澄清了客观规律，便可以使许多问题迎刃而解。当然，基础研究的突破也必然依赖于长期坚持不懈的积累，特别是知识的传承，有时候可能需要几代人的努力。急功近利者只能是昙花一现，不会对真正地对科学发展有所贡献。 很 enjoy 本次会议，特别是会议期间大家的热烈讨论。 下一次会议将于2010年7月在瑞士苏黎世（ Zurich ） 举行。

个人分类: 业内科普|9826 次阅读|2 个评论

Workshop Should Work！

jianxu 2009-6-23 22:38

workshop 通常是针对某一比较具体的学术问题、由小范围（以组织者特邀为主）专家参加的一类小型学术研讨会。其特点是安排的口头报告数量较少，但报告与报告后讨论的时间相对较长些（一般为 30+10 分钟）。会议的日程宽松，力求讨论充分。因此 workshop 的学术交流效果要比普通的学术会议好得多，更有利于萌生新的学术思想或者澄清一些有争议的学术问题。 6 月 16-19 日，在西班牙地中海之滨的巴塞罗那郊区，由西班牙某大学组织了一个关于金属玻璃结构与力学性能的国际 workshop 。会议的口头报告有 30 个，另有 20 个左右的 poster 。参加会议的人员在 80 左右（许多是组织单位旁听的研究生）。 会议的报告都十分精彩，大家的讨论既轻松又热烈，从会场延续到咖啡间歇，乃至餐桌。会议的第一天，由来自德国的大牌（大牛） S 教授担任主席，为了鼓励大家积极地参与讨论，他说 Workshop should work. 这句话画龙点睛地概括出了 workshop 的特点与使命。 本领域的日本大牛J教授，会议开始的前一天午夜才赶到，第二天作完报告后的下午便匆匆离去。其实他真的很忙，能够光临会议，已经是很给组织者和与会者面子了。大家自然对他的报告十分期待，我们也的确可以看到他领导的团队在金属玻璃新合金的发现以及应用方面所取得的新进展。尽管J教授已经担任行政要职，但仍然坚持参加学术交流，认真听取他人的报告，每每也都有新的结果展示，令人钦佩。 英国的G教授也是本领域的大牛之一，有学问，通今博古，知识渊博，是十足的学院派学者和英国绅士。受人尊敬，如果说他是我们这个圈子里的精神领袖，应该是不会有什么争议的。（不过这样的人在中国很可能早就活不下去了，因为一年里可能出不了几篇文章，也没有太多的经费。） 美国的C教授年轻有为，后生可畏。关于剪切转变区的报告十分精彩，对工作的目的讲述得非常透彻，接近完美，让你无可挑剔。所选择的研究问题很是关键，很大气，身手不凡。典型的美国人，善于言表，自信，外加一点夸张和幽默。（老美总是这样认为，做研究的不需要很多人，有少数聪明者就够了。） 意大利的B教授，典型的欧洲风格，好像没有什么太大的工作压力，多年专注于某些比较基本的问题（主要是热力学），常年坚持着做，虽没有太大的突破，但对基本概念和基本理论十分清楚，不像是我们有些人靠垃圾论文凑数，十篇论文不如人家一篇。 德国的R教授（可能是退休后又返聘出山），喜欢提问题，自曰自己的问题可能很傻（在中国一定会被认为是有病）。实际上老头的物理功底很好。反复强调要关注金属玻璃结构的动态变化。 在学生的报告当中，有一位来自美国的印度女学生给人印象深刻，报告 PPT 上的图片和文字大小适中，很好地服务于听众。对自己拟解决的问题也阐述得很到位。能够在短时间内理解导师交给的题目，对于许多人来说，并不见得是一件很容易的事情。 总之，参加本次 workshop 受益非浅，不虚此行。很遗憾，这样的 workshop 在国内实则很少，因为大家的兴趣完全在其它上面。即便是有，也难以展开硬碰硬的学术讨论、争鸣与批评，大家都怕得罪人。这就是中国的文化。对学问没有兴趣，你搞你的学术，我抓我的钱，那才是硬道理。恐怕 Real workshop does not work in China. 6 月 17 日 Workshop 的开幕式。 巴塞罗那的圣家教堂。

个人分类: 科研感悟|12124 次阅读|8 个评论

关于金属玻璃中剪切带失稳的起源

mqjiang 2009-6-3 09:49

块体金属玻璃由于其独特的微观结构（原子排列长程无序、短程有序，无晶界、位错等传统意义的结构缺陷），赋予这类材料一系列优异的物理、力学、化学等性能。但是，在推进金属玻璃的实际应用过程中，最大的一个瓶颈是它在室温下极差的拉伸延性，其原因是金属玻璃在室温下的塑性变形高度局部化，极易形成纳米尺度的剪切带（见下图【Li et al., Philos Mag 2002】）。因此，对于金属玻璃中剪切带相关的研究就显得尤为重要。 关于金属玻璃中剪切带的形成机理或者物理起源，虽然经过几十年大量的探索，目前其清晰的物理图像仍然不清楚。一般认为，金属玻璃中某些不均匀处的粘度降低并进而导致塑性变形能力急剧下降是形成局部化剪切带的主要机制。但是，对于这种粘度降低的原因一直以来存在着两种截然不同的观点：自由体积软化和绝热软化。虽然，两种观点各自都有实验证据，但是有些现象它们单独仍然无法合理解释。 我们课题组在前面通过一系列的实验【Liu et al., MCP 2005; JNS 2005; JMR 2006】和理论分析【Dai et al., APL 87, 141916 ( 2005); Dai and Bai, IJIE 35, 704 (2008)】，初步揭示金属玻璃中剪切带形成是一种热力耦合的失稳过程，并不是某一因素（自由体积软化或者热软化）单独作用的结果。尤其是在高应力和高应变率条件下，应力驱动的自由体积产生和功热转变导致的温升都有可能发生，并且互相影响。这两个过程天然耦合在一起。最近发展的一些热力耦合模型能够很好地描述金属玻璃的（非）均匀塑性变形行为，但是对于在这种耦合过程中，自由体积和热的相互作用以及谁是剪切带的起源等关键问题没有给出明确的答案，仍然需要进一步的研究。 我们这个工作就是针对上述这个问题进行系统而深入的理论分析，重点关注在剪切带形成过程中，热和自由体积的相互作用图像；自由体积聚集、温升、体胀对于剪切带失稳的影响。相关工作已经发表在固体力学领域最有影响力的杂志 J. Mech. Phys. Solids 57 (2009) 1267-1292 On the origin of shear banding instability in metallic glasses M.Q. Jiang a , and L.H. Dai , a , a State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, PR China Received 20 October 2008; revised 13 April 2009; accepted 21 April 2009. Available online 4 May 2009. Abstract To uncover the physical origin of shear-banding instability in metallic glass (MG), a theoretical description of thermo-mechanical deformation of MG undergoing one-dimensional simple shearing is presented. The coupled thermo-mechanical model takes into account the momentum balance, the energy balance and the dynamics of free volume. The interplay between free-volume production and temperature increase being two potential causes for shear-banding instability is examined on the basis of the homogeneous solution. It is found that the free-volume production facilitates the sudden increase in the temperature before instability and vice versa. A rigorous linear perturbation analysis is used to examine the inhomogeneous deformation, during which the onset criteria and the internal length and time scales for three types of instabilities, namely free-volume softening, thermal softening and coupling softening, are clearly revealed. The shear-banding instability originating from sole free-volume softening takes place easier and faster than that due to sole thermal softening, and dominates in the coupling softening. Furthermore, the coupled thermo-mechanical shear-band analysis does show that an initial slight distribution of local free volume can incur significant strain localization, producing a shear band. During such a localization process, the local free-volume creation occurs indeed prior to the increase in local temperature, indicating that the former is the cause of shear localization, whereas the latter is its consequence. Finally, extension of the above model to include the shear-induced dilatation shows that such dilatation facilitates the shear instability in metallic glasses. Keywords: Metallic glasses; Free volume; Temperature increase; Shear-banding instability; Dilatation 全文下载： JMPS-2009

个人分类: 学术研究|8072 次阅读|1 个评论

理解金属玻璃中的锯齿状塑性流动

mqjiang 2009-5-18 10:23

最近，我们结合分子动力学模拟和连续介质力学建模分析，揭示出金属玻璃中的锯齿状流动行为主要取决于内部不可逆原子重排的程度，而这种重排必然是在时间上非均匀的，而与空间上的非均匀行为（或者剪切带）没有直接关联。 本文工作进一步验证了W.H. Jiang在2008年国际塑性上关于非均匀变形的时空特性的猜想图像。相关结果发表在计算材料科学杂志。 M.Q. Jiang-CMS-2009 Smaller Deborah number inducing more serrated plastic flow of metallic glass M.Q. Jiang a , S.Y. Jiang a , Z. Ling a , L.H. Dai a,b,* a State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, PR China b State Key Laboratory of Explosion Science and Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, PR China a b s t r a c t Spherical nano-indentations of Cu46Zr54 bulk metallic glass (BMG) model systems were performed using molecular dynamics (MD) computer simulations, focusing specifically on the physical origin of serrated plastic flow. The results demonstrate that there is a direct correlation between macroscopic flow serration and underlying irreversible rearrangement of atoms, which is strongly dependent on the loading (strain) rate and the temperature. The serrated plastic flow is, therefore, determined by the magnitude of such irreversible rearrangement that is inhomogeneous temporally. A dimensionless Deborah number is introduced to characterize the effects of strain rate and temperature on serrations. Our simulations are shown to compare favorably with the available experimental observations. 锯齿状流动与时间非均匀原子不可逆重排的内在关联

个人分类: 学术研究|6617 次阅读|1 个评论

金属玻璃切削过程中片状切屑的形成机理

mqjiang 2009-4-23 18:55

金属玻璃 作为一种具有广阔应用前景的新型材料，在推进其工程应用的过程中，高效率、高精度的加工（包括切削、车削和钻削等）是必不可少的一个环节。然而，对于金属玻璃在切削过程中的变形行为及其物理机制的研究要远远落后于晶态合金材料，其中对于切屑形成机理的理解至关重要。金属玻璃在切削过程中常常会产生一种独特的连续的片状切屑，即使是在切削速度非常低的条件下。由于金属玻璃较低的热导率，这种片状切屑一般认为也是由于绝热剪切带的周期形成导致的。但是，与传统晶态材料相比，金属玻璃具有截然不同的塑性流动机制。因此，基于STZ的自由体积的非线性演化及其动态失稳有可能在片状切屑的形成过程中起重要作用，而这一点在以前的研究中还未见报道。此外，在金属玻璃切削过程中极限环分叉现象是否仍然存在？如果存在，那么主控机制是什么？对于这些问题的回答不仅对于金属玻璃的应用至关重要，而且将有助于我们更好地来理解金属玻璃的流动机理，甚至剪切带的形成机制。基于上述考虑，我们进行了Vit 1块体金属玻璃的低速切削实验，发现产生的独特的片状切屑主要归因于刀具前面主剪切区内剪切带的周期形成(见图1）。基于实验观察，考虑在主剪切区内力、自由体积和温度的平衡，发展了一种热力耦合的正交切削模型来定量表征片状切屑的形成。采用线性扰动分析，揭示了片状切屑形成的临界条件。这种切屑的形成可以理解为一种自我维持的极限环失稳现象（见图2），即在主剪切区内应力、自由体积和温度的自动反馈。其背后的物理机制是自由体积流和源的对称破缺，而不是热失稳。 相关工作已经发表在Acta Mater 57 (2009) 5730-5738. M.Q. Jiang-Acta Mater 2009 投稿及审稿过程见以前博文： http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=216213 Formation mechanism of lamellar chips during machining of bulk metallic glass M.Q. Jiang, L.H. Dai * State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China Received 27 November 2008; received in revised form 19 February 2009; accepted 19 February 2009 Available online 28 March 2009 Abstract The unique lamellar chips formed in turningmachining of a Vit 1 bulk metallic glass (BMG) are found to be due to repeated shearband formation in the primary shear zone (PSZ). A coupled thermomechanical orthogonal cutting model, taking into account force, free volume and energy balance in the PSZ, is developed to quantitatively characterize lamellar chip formation. Its onset criterion is revealed through a linear perturbation analysis. Lamellar chip formation is understood as a self-sustained limit-cycle phenomenon: there is autonomous feedback in stress, free volume and temperature in the PSZ. The underlying mechanism is the symmetry breaking of free volumef low and source, rather than thermal instability. These results are fundamentally useful for machining BMGs and even for understanding the physical nature of inhomogeneous flow in BMGs. Keywords: Bulk metallic glass; Lamellar chip; Orthogonal cutting model; Free volume; Limit cycle 图1 Vit1 金属玻璃切削过程中形成的切屑形貌 图2 极限环分叉行为

个人分类: 学术研究|9519 次阅读|6 个评论

金属玻璃中剪切带厚度的预测

mqjiang 2009-3-27 17:50

Prediction of shear-band thickness in metallic glasses M.Q. Jiang, a W.H. Wang b and L.H. Dai a ,* aState Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, Peoples Republic of China bInstitute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, Peoples Republic of China Received 20 November 2008; revised 31 January 2009; accepted 20 February 2009 Available online 27 February 2009 We derive an explicit expression for predicting the thicknesses of shear bands in metallic glasses. The model demonstrates that the shear-band thickness is mainly dominated by the activation size of the shear transformation zone (STZ) and its activation free volume concentration. The predicted thicknesses agree well with the results of measurements and simulations. The underlying physics is attributed to the local topological instability of the activated STZ. The result is of significance in understanding the origin of inhomogeneous flow in metallic glasses. 2009 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved. Keywords: Metallic glasses; Shear band; Shear transformation zone; Free volume Figure 3. Prediction of shear-band thickness W. (a) Dependence of Poissons ratio m and activation free volume concentration n* on W for fixed STZ size d = 1.5 nm. (b) Dependence of n* and d on W for fixed m = 0.36. 相关工作发表在 Scripta Materialia 60 (2009) 10041007 M.Q. Jiang-SMM-2009

个人分类: 学术研究|5053 次阅读|0 个评论

金属玻璃的宏观塑性与其原子尺度结构之间的关系

热度 2 jianxu 2008-12-29 11:44

众所周知，晶态金属材料的宏观力学性能依赖于其原子尺度的晶体结构和微观显微组织。而对于非晶态金属材料（如金属玻璃）来说，其微观显微组织通常是单一、均匀的。“ Amorphous ”一词便是无定形、无结构的意思。对于金属玻璃来说，其结构特征主要体现在原子最近邻排列的短程有序、原子团簇排列的中程有序以及一部分“自由体积”。因此，金属玻璃的性能本征上依赖于其原子尺度上的结构变化。然而，尽管借助于衍射技术和计算机模拟已经取得了一些进展，人们对金属玻璃原子尺度构型的表征与描述仍然十分有限。这也为澄清与理解金属玻璃的结构与性能之间关系带来困难与挑战。 近年来，人们相继发现金属玻璃在某些特定的合金成分上可表现出较大的压缩塑性变形能力。为此提出了各种解释，包括高泊松比 、形变诱导的 剪切带内纳米晶化、高含量自由体积、微观结构的非均匀性以及相分离等。由于缺乏对金属玻璃中原子尺度结构与其宏观性能之间关系的了解，尚未建立起预测大塑性金属玻璃合金成分的有效方法。最近，我们与美国约翰霍普金斯大学马恩教授研究组合作的一项研究，在理解金属玻璃的宏观塑性与内部结构之间关系，以及如何在给定的合金体系内预测具有良好塑性的金属玻璃成分方面取得了新的进展。 对 Zr–Cu–Al 金属玻璃结构与形变的计算模拟表明，此类金属玻璃中的原子排列可大致上划分为完整二十面体和不规则多面体两类团簇，两类多面体的相对含量决定了原子团簇发生剪切转变的难易程度，表现出不同的塑性形变能力。完整二十面体含量高的合金，不易发生剪切转变，强度相对较高，但塑性形变能力相对较差。而在高 Zr 含量的合金中，完整二十面体中的原子数占总原子数的相对量明显下降。由此推断，良好塑性的合金应处于 Zr 含量较高，而 Cu 和 Al 含量相对较低的成分处。这一推断在 Zr–Cu–Al 三元块体金属玻璃的压缩实验上的到了印证。进一步以此推断为依据，通过对结构和成分上的设计，在 Hf–Ni–Al 三元合金系中的发现了具有良好塑性变形能力的块体金属玻璃： Hf 62 Ni 25 Al 13 （ H2 ）合金（压缩塑性应变为 5~10 ％）。研究还表明，具有良好塑性的块体金属玻璃表现出较低的玻璃转变温度和剪切模量以及较高的泊松比。这些参数间接地反映出合金成分变化后金属玻璃结构组态上的差异，可用于作为发现具有良好塑性金属玻璃的指导依据。上述工作已在《 Acta Materiala 》上在线发表，见 L. Zhang, Y.Q. Cheng, A.J. Cao, J. Xu, E. Ma, Bulk metallic glasses with large plasticity: composition design from the structural perspective, Acta Mater. 57 (2009) 1154 。 下载： http://www.synl.ac.cn/org/non/zu1/publications/31.pdf Hf–Ni–Al 金属玻璃的压缩应力 - 应变曲线。显示出强度与塑性具有明显的成分依赖性。由于其内在结构的不同， H2 合金的塑性变形能力明显优于 H1 合金。

个人分类: 业内科普|14065 次阅读|8 个评论

在低真空环境下合成磁性铁基块体金属玻璃

sfguo 2008-12-8 22:24

Formation of magnetic Fe-based bulk metallic glass under low vacuum 近来，我们开展了在低真空环境下制备磁性铁基块体金属玻璃的研究。发现适量的稀土元素Y能够有效的提高抗氧化能力，在低真空环境下（1.5Pa），成功获得直径达2mm以上的铁基块体金属玻璃，磁性能研究发现，该合金具有良好的软磁性能，饱和磁化强度达95 emu/g。研究结果在线发表在 Journal of Alloys and Compounds上。 1. Formation of magnetic Fe-based bulk metallic glass under low vacuum Journal of Alloys and Compounds, In Press, Accepted Manuscript , Available online 6 December 2008 S.F . Guo , L. Liu, X. Lin 附上文章： Accepted Manuscript

个人分类: 非晶前沿|4403 次阅读|0 个评论

一种具有高玻璃形成能力的钛基非晶合金

metalglass 2008-10-31 14:11

非晶态金属的原子排列是无规密堆的，没有长程序，只是局域地保持一定的短程序。由于这种特殊的微观结构，块体非晶合金的机械物理性能都有极大的变化。 Ti 基非晶合金延续了块体非晶合金的以上优点，除了具有较高的抗拉强度、和高的抗腐蚀性能，此外，由于主合金元素 Ti 的低密度（ 4500 kg /m 3 ），使其具有极高的比强度，具有诱人的应用前景。截至目前，在已开发的 Ti 基非晶合金中，具有大于 5 mm 临界尺寸的成分大多是借助于有害元素或者贵金属提高玻璃形成能力，或者制备出的非晶合金易于发生脆性断裂而缺乏实用价值，因此，开发一种新型无害轻质高强 Ti 基非晶合金显得尤为必要，可以极大地拓宽非晶合金的应用范围。 作者研究了合金元素 Sn 的添加对 TiZrHfCuNiSi 玻璃形成能力的影响，寻找具有最佳玻璃形成能力的合金成分并对其进行相应的研究。研究结果表明，含 5 %Sn 合金的临界尺寸达到 6 mm 。据我们了解，到目前为止， 6mm 为不含有毒元素（例如 Be ）以及贵金属（例如 Pd ）的 Ti 基块体非晶合金系中临界尺寸的最大值。适量的 Sn 元素的加入导致更加复杂的原子间作用力和更大的原子密排度，结晶所需要的长程扩散难以进行，从而显著提高了合金的玻璃形成能力，同时提高了合金的热稳定性。 研究结果发表在 Journal of Alloys and Compounds （ 427 (2007) 171 ）上，相关摘要内容如下 Title ： A new TiZrHfCuNiSiSn bulk amorphous alloy with high glass-forming ability Authors ： Y.J. Huang, J. Shen , J.F. Sun, X.B. Yu Abstract ： The effect of Sn substitution for Cu on the glass-forming ability was investigated in Ti41.5Zr2.5Hf5Cu42.5 x Ni7.5Si1Sn x ( x = 0, 1, 3, 5, 7) alloys by using differential scanning calorimetry (DSC) and X-ray diffractometry. The alloy containing 5% Sn shows the highest glass-forming ability (GFA) among the TiZrHfCuNiSiSn system. Fully amorphous rod sample with diameters up to 6mm could be successfully fabricated by the copper mold casting Ti41.5Zr2.5Hf5Cu37.5Ni7.5Si1Sn5 alloy. The activation energies for glass transition and crystallization for Ti41.5Zr2.5Hf5Cu37.5Ni7.5Si1Sn5 amorphous alloy are both larger than those values for the Sn-free alloy. The enhancement in GFA and thermal stability after the partial replacement of Cu by Sn may be contributed to the strong atomic bonding nature between Ti and Sn and the increasing of atomic packing density. The amorphous Ti41.5Zr2.5Hf5Cu37.5Ni7.5Si1Sn5 alloy also possesses superior mechanical properties. 全文见附件 A new TiZrHfCuNiSiSn bulk amorphous alloy with high glass-forming ability

个人分类: 科研笔记|6889 次阅读|1 个评论

勿将口语化的术语用于规范的学术表述

jianxu 2008-7-24 11:49

严谨、缜密原本应该是从事科学研究以及专业教育的基本要求。令人遗憾的是，我们却经常可以看到一些被口语化（而非规范）的术语出现于多种正规的学术场合，从硕、博士论文，到顶尖级中文学术期刊中的论文；从国家级研究项目的申请书，到大学里的专业教科书；从学术会议的主题，到各类获奖成果的标题。这样的词不达意，有时让人啼笑皆非。不禁要问我们的科学 家和 教授们怎么了？为何这般不讲究？而讲究者反而被嘲笑，视为迂腐和吹毛求疵。 例如， carbon nanotube 应该是碳纳米管， nano 是修饰那个 tube 的。口语则经常说成纳米碳管。于是乎，纳米碳管也被在文字表述的场合下频繁使用。 上个世纪 80 年代末、 90 年代初，人类对非晶态合金的研究取得了突破，一些新的合金仅用较低的冷却速率便可由熔体冷却形成非晶态（ amorphous ，也译为无定形，无结构的意思）结构。欧美学术界将这类新金属材料称为块体金属玻璃（ Bulk Metallic Glass ） ，国内 community 则称之为大块非晶。 事实上，获得非晶态结构的合金有许多途径，诸如电沉积、物理气相沉积、固态反应、机械研磨等。金属玻璃则特指通过熔体冷却形成的非晶态合金。在这一过程中，熔体经历了一种动力学现象－玻璃转变。 金属意为主要基质元素为金属、材料具有金属键（而非共价键）的属性。玻璃则系指材料具有玻璃态的结构（因为典型的玻璃为非晶态或者无定形结构的氧化物，如 SiO 2 ），而且是由熔融状态冷却后形成的。 bulk 一词意在表示维度，与之相对应的是 particle 、 powder （零维）， film 、 foil 、 ribbon （二维）， bulk 则意为三维，一般认为，即使在最小的维度上也不应该小于 １毫米 。因此， Bulk Metallic Glass 三个词中的每一个，都有确切的物理内涵，是对这类材料特征的高度科学凝练。 再看大块非晶一词，如果返回英文便译为 big/large amorphous ，显然未能概括出材料的本征特征，而且给许多业外人士以误导。因为大的概念人们无法确定，完全可以有不同的理解与想象，甚至以为可以达到米的尺度。而事实上，目前世界上最大的金属玻璃（日本东北大学研制的钯铜镍磷合金）也仅仅能够达到 70 多毫米的量级。仅用非晶一词，既反映不出材料的键合特征，也反映不出材料制备的途径。令人遗憾的是，大块非晶一词却广泛地见诸于许多专业的学术场合。在我看来，这样的滥用要么是外行，要么是不负责任。后果是让年轻的一代传承了一个不严谨的错误术语乃至概念。

个人分类: 科研感悟|9365 次阅读|7 个评论