非晶合金原子結構與變形行為本徵關係的研究

《非晶合金原子結構與變形行為本徵關係的研究》是依託上海交通大學，由陳明偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非晶合金原子結構與變形行為本徵關係的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳明偉
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

不同於傳統的金屬材料，非晶合金缺少晶界、位錯等微觀層次的結構特徵。其本徵性能一般直接由原子尺度的結構及物理化學特性所決定。儘管近年來非晶合金短程原子結構的研究已取得了顯著的進展，非晶合金變形行為和原子結構之間的相關性仍然是非晶領域最具挑戰性的前沿問題之一。本項目圍繞非晶合金原子結構特徵和力學行為關係這個核心科學問題，通過跨尺度的實驗方法研究非晶合金形變形微觀機制及其與原子結構的相關性。擬採用埃尺度相干掃描電子衍射方法來表征非晶合金從短程有序到長程無序的結構演化；用動態原子力顯微鏡測定不同溫度下非晶合金的粘彈性來表征流變單元，探討流變單元與非晶局部原子結構的相關性；通過納米壓痕、原位應變透射電鏡方法測量剪下帶形核擴展動力學，從而建立原子結構、流變單元及與微觀剪下帶之間多層次的本徵關係，確立基於實驗原子結構的跨尺度的非晶形變微觀機制，為設計、最佳化非晶材料的力學性能提供關鍵的指導作用。

結題摘要

不同於傳統的金屬材料，非晶合金缺少晶界、位錯等微觀層次的結構特徵。其本徵性能一般直接由原子尺度的結構及物理化學特性所決定。儘管近年來非晶合金短程原子結構的研究已取得了顯著的進展，非晶合金變形行為和原子結構之間的相關性仍然是非晶領域最具挑戰性的前沿問題之一。本項目圍繞非晶合金原子結構特徵和力學行為關係這個核心科學問題，通過跨尺度的實驗方法研究非晶合金形變形微觀機制及其與原子結構的相關性。通過使用埃尺度相干掃描電子衍射實驗建立了不同非晶合金短程、中程及長程原子結構模型；用同步輻射X射線衍射及示差掃描量熱法對非晶合金的二級弛豫及其激活能進行了實驗表征，發現了非晶局部原子在二級弛豫過程中的原子重排，揭示了非晶合金二級弛豫的結構起源；用動態原子力顯微鏡、超高分辨透射電鏡及示差掃描量熱法等尖端表征手段，系統分析了金屬玻璃中結構弛豫動力學與空間結構異質性的內稟相關性，進一步為二級弛豫的結構起源提供了直接的實驗證據，通過比較兩者的特徵弛豫時間與激活能揭示了空間結構異質性是金屬玻璃β弛豫的結構起源；通過埃尺度相干掃描電子衍射實驗表征了非晶一氧化矽材料局部原子結構，發現了一氧化矽結構歧化以及非晶材料共有的結構異質性；結合埃尺度相干掃描電子衍射及納米壓痕實驗表征了碳化硼形變過程產生的非晶剪下帶，揭示了二十面體解體是非晶剪下帶形成的根本原因；同時使用非晶合金材料製備了三維納米多空金屬、高熵合金等新型功能與結構材料，探討了非晶合金在能源及環境領域的潛在套用。本項目基於原子結構的跨尺度實驗研究了非晶結構及弛豫的起源，探討了形變微觀機制，為設計、最佳化非晶材料的力學性能提供了關鍵的指導作用，同時為非晶材料的套用前景提供了理論依據。