應變玻璃合金中隨機場起源的原子模擬與實驗驗證

《應變玻璃合金中隨機場起源的原子模擬與實驗驗證》是依託西安交通大學，由宗洪祥擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：應變玻璃合金中隨機場起源的原子模擬與實驗驗證
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：宗洪祥
• 依託單位：西安交通大學

項目摘要

應變玻璃合金作為一類重要的智慧型材料具有很好的力學回響特性，其微觀形成機制也引起了廣泛的關注。文獻和前期的理論研究認為，點缺陷誘發的隨機場（Random field）是產生應變玻璃化轉變的核心原因。但是迄今為止人們對點缺陷導致隨機場產生的微觀機制仍不清楚。本申請項目擬通過分析廣義的玻璃態材料的物理圖像的共性特點，從原子尺度提出應變玻璃合金中隨機場的物理起源假說：應變玻璃中的隨機場來源於以點缺陷為核心的應變網路，而不是單個點缺陷應力場的簡單疊加。本項目擬運用基於半經驗勢函式的原子模擬方法，首先研究材料中應變網路的形成機制和存在的普遍性；進而研究應變網路對應變玻璃態轉變行為的影響，並分析應變網路與體系中隨機場之間的聯繫；最後本項目將通過實驗手段來進一步驗證上述理論假說與模擬結果。本項目將從原子尺度揭示應變玻璃中隨機場的微觀起源，可以為設計和開發新的應變玻璃合金材料提供理論指導。

結題摘要

應變玻璃合金作為一類重要的智慧型材料具有很好的力學回響特性，其微觀形成機制也引起了廣泛的關注。在高摻雜合金中，鐵彈性玻璃被認為是一種新的物質狀態，但對其隨機場形成的微觀機制仍然是不清楚的，並且隨機場與鐵性玻璃的動力學行為的關係也還沒有進行相關的研究。文獻和前期的理論研究認為，點缺陷誘發的隨機場（Random field）是產生應變玻璃化轉變的核心原因。但是迄今為止人們對點缺陷導致隨機場產生的微觀機制仍不清楚。在本項目中，我們首先使用數值和實驗相結合的方法首次建立了鐵彈性玻璃中隨機場的形成機制，並基於此提出應變玻璃化轉變伴隨著應變團簇的滲濾轉變，即摻雜點缺陷所誘發的局部應變形成全局網路從而達到滲濾狀態。進一步，我們通過對不同的應變玻璃合金模型體系的模擬研究，結果表明應變網路的強度和玻璃化轉變能力之間存在著標度律（scaling law） 和 普適性（universal behavior），該關係可以作為表征玻璃化轉變能力的統一判據。在此基礎上，我們驗證了該物理模型在實驗上的表現，我們發現該規律能夠很好的描述現有的實驗結果，並對應變玻璃合金的形成能力做出很好的預測。最後，我們的高解析度的球差電鏡的實驗表徵結果也觀測到了與先前原子模擬類似的結構特徵，進一步驗證了本項目提出的假設，即隨機場來源於點缺陷所誘發的應變網路。 此外，由於應變玻璃具有與廣義的玻璃態材料相似的的微觀物理圖像，我們還研究了應變玻璃的動力學特徵，發現與結構玻璃也存在共性，即在應變玻璃中也存在著動態上的不均勻性，這被認為是結構玻璃最本質的物理特徵。目前的工作有效地豐富了我們對玻璃態無序材料的基本物理原理的理解。