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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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物理所非晶中流變單元研究獲進(jìn)展

2019-05-20 物理研究所

【字體：大中小】

語音播報(bào)

　　近年來，人們在非晶體系中發(fā)現(xiàn)不同微觀區(qū)域具有迥異的動(dòng)力學(xué)行為表現(xiàn)，體現(xiàn)為時(shí)空的不均勻性。這種不均勻性的存在以及玻璃態(tài)中動(dòng)力學(xué)弛豫行為的特性，不符合經(jīng)典的無序理論和范式，指出了在無序體系中存在動(dòng)力學(xué)缺陷的可能性。非晶合金（或稱金屬玻璃）不僅具有優(yōu)異的性能，同時(shí)其具有相對簡單結(jié)構(gòu)和價(jià)鍵結(jié)合，很適合作為模型體系進(jìn)行研究。中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心極端條件物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室汪衛(wèi)華研究組通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，在非晶合金中發(fā)現(xiàn)了動(dòng)力學(xué)缺陷存在的證據(jù)，定義為流變單元，并對其進(jìn)行了深入的研究。如圖所示，流變單元具有較高的能量和較快的動(dòng)力學(xué)特性，容易被激發(fā)并作為承載形變的基本單元，并表現(xiàn)出類似液體的行為。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，流變單元不僅可以用來解釋玻璃轉(zhuǎn)變和動(dòng)力學(xué)弛豫等物理學(xué)難題，還與玻璃態(tài)的塑性和流變等力學(xué)行為建立起直接關(guān)聯(lián)，具有重要的科學(xué)意義同時(shí)有助于指導(dǎo)應(yīng)用研究。

　　《國家科學(xué)評論》（National Science Review）最近發(fā)表了由物理所博士王崢和研究員汪衛(wèi)華共同撰寫的綜述文章“Flow Units as Dynamic Defects in Metallic Glassy Materials”（National Science Review 6: 304–323, 2019；doi: 10.1093/nsr/nwy084），在系統(tǒng)總結(jié)介紹關(guān)于非晶中流變單元的相關(guān)研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，明確提出了非晶中流變單元的概念，對流變單元的表征、特征、微觀結(jié)構(gòu)圖像以及和力學(xué)性能的關(guān)系給出了系統(tǒng)的闡述和總結(jié)。給出流變單元概念在非晶材料性能調(diào)控應(yīng)用的大量實(shí)驗(yàn)證據(jù)。作為無序體系中的動(dòng)力學(xué)缺陷，流變單元概念和圖像的明確不僅有助于理解非晶物質(zhì)的本質(zhì)，而且基于流變單元模型提出的結(jié)構(gòu)-動(dòng)力學(xué)-性能關(guān)系，為非晶合金材料的性能調(diào)控提供了新的思路和方法。

　　上述研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFB0701900）、“973”項(xiàng)目（2015CB856800）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（11790291，61888102）、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃（QYZDY-SSW-JSC017）和先導(dǎo)B專項(xiàng)（XDB30000000）的支持。

非晶合金中的流變單元

　　對材料結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的深入理解是人們對材料體系進(jìn)行按需設(shè)計(jì)和性能調(diào)控的重要前提和理論基礎(chǔ)。在晶態(tài)材料中，由于周期性長程有序的原子排布，結(jié)構(gòu)缺陷可以很好地被定義，并且很大程度上決定了材料的性能。例如基于經(jīng)典的位錯(cuò)理論，人們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對許多傳統(tǒng)晶態(tài)合金體系進(jìn)行按需調(diào)控并應(yīng)用于極端服役條件。然而，對同樣十分重要并被廣泛運(yùn)用的非晶態(tài)材料（或被稱為玻璃態(tài)材料），由于無序結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，很難直接定義這種結(jié)構(gòu)上的缺陷并建立起與性能的關(guān)聯(lián)，制約了非晶態(tài)材料的高效研發(fā)和性能優(yōu)化。
　　近年來，人們在非晶體系中發(fā)現(xiàn)不同微觀區(qū)域具有迥異的動(dòng)力學(xué)行為表現(xiàn)，體現(xiàn)為時(shí)空的不均勻性。這種不均勻性的存在以及玻璃態(tài)中動(dòng)力學(xué)弛豫行為的特性，不符合經(jīng)典的無序理論和范式，指出了在無序體系中存在動(dòng)力學(xué)缺陷的可能性。非晶合金（或稱金屬玻璃）不僅具有優(yōu)異的性能，同時(shí)其具有相對簡單結(jié)構(gòu)和價(jià)鍵結(jié)合，很適合作為模型體系進(jìn)行研究。中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心極端條件物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室汪衛(wèi)華研究組通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，在非晶合金中發(fā)現(xiàn)了動(dòng)力學(xué)缺陷存在的證據(jù)，定義為流變單元，并對其進(jìn)行了深入的研究。如圖所示，流變單元具有較高的能量和較快的動(dòng)力學(xué)特性，容易被激發(fā)并作為承載形變的基本單元，并表現(xiàn)出類似液體的行為。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，流變單元不僅可以用來解釋玻璃轉(zhuǎn)變和動(dòng)力學(xué)弛豫等物理學(xué)難題，還與玻璃態(tài)的塑性和流變等力學(xué)行為建立起直接關(guān)聯(lián)，具有重要的科學(xué)意義同時(shí)有助于指導(dǎo)應(yīng)用研究。
　　《國家科學(xué)評論》（National Science Review）最近發(fā)表了由物理所博士王崢和研究員汪衛(wèi)華共同撰寫的綜述文章“Flow Units as Dynamic Defects in Metallic Glassy Materials”（National Science Review 6: 304–323, 2019；doi: 10.1093/nsr/nwy084），在系統(tǒng)總結(jié)介紹關(guān)于非晶中流變單元的相關(guān)研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，明確提出了非晶中流變單元的概念，對流變單元的表征、特征、微觀結(jié)構(gòu)圖像以及和力學(xué)性能的關(guān)系給出了系統(tǒng)的闡述和總結(jié)。給出流變單元概念在非晶材料性能調(diào)控應(yīng)用的大量實(shí)驗(yàn)證據(jù)。作為無序體系中的動(dòng)力學(xué)缺陷，流變單元概念和圖像的明確不僅有助于理解非晶物質(zhì)的本質(zhì)，而且基于流變單元模型提出的結(jié)構(gòu)-動(dòng)力學(xué)-性能關(guān)系，為非晶合金材料的性能調(diào)控提供了新的思路和方法。
　　上述研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFB0701900）、“973”項(xiàng)目（2015CB856800）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（11790291，61888102）、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃（QYZDY-SSW-JSC017）和先導(dǎo)B專項(xiàng)（XDB30000000）的支持。

非晶合金中的流變單元

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