金属玻璃低温弛豫机制的计算模拟研究

发布时间：2020-08-12 18:20

【摘要】：金属玻璃是可以通过液体快速冷却制备的一种亚稳态材料,弛豫是其本征特性。典型的玻璃体系中存在着复杂的弛豫模式:从低频的α弛豫模式(~10~-22 Hz),慢β弛豫模式到高频的快β弛豫模式(~10~6 Hz),以及更高频的玻色峰(~10~(12)Hz)等。作为玻璃体系中最主要的一种弛豫模式,α弛豫在玻璃转变温度点附近被冻结,而β弛豫模式在低温下依然存在,对玻璃转变、塑性变形及结晶行为等都会产生重要影响。低温弛豫(包括快β弛豫和慢β弛豫)是本文研究的重点。近些年来动力学非均匀性一直是金属玻璃和过冷液体领域的热点研究课题。研究表明,在纳米尺度上,动力学非均匀性普遍存在于金属玻璃中,并影响到其弛豫特性。因此,围绕金属玻璃的动力学非均匀性开展研究对于深入理解金属玻璃中的弛豫现象和完善动力学非均匀性的物理图像有重要意义。本文首先利用新的研究方法-分子动力学和动态力学弛豫相结合的方法,得到了不同冷却速率和压强条件下Cu_(50)Zr_(50)体系的低温弛豫谱图,为研究低温弛豫提供了很好的研究基础。对结构的分析表明冷速和压强均对结构(短程序)产生影响,并且压强对结构的影响更显著。一般来说,结构影响性能。但研究表明,压强对低温弛豫几乎没有影响,冷却速率反而是影响低温弛豫的主要因素。进一步的动力学分析发现原子动态响应的非均匀性及其空间分布的非均匀性与低温弛豫有密切关联。本论文工作揭示了低温弛豫(在慢β弛豫的温度范围)与动力学非均匀性的相关性,在原子尺度上合理地理解了低温弛豫行为,为揭示低温弛豫的本质做了铺垫性的贡献。基于上述工作的发现——低温弛豫与动力学非均匀性的关联性,本论文还研究了动力学非均匀性随温度的变化。定量地表征出弛豫过程中的动力学非均匀性,发现动力学非均匀性在升温过程中呈现非单调性的变化趋势,并且可以利用“流变单元”模型合理地解释此现象。研究动力学非均匀性的变化及其背后微观机制可以帮助我们进一步理解弛豫现象,支持并丰富本组提出的“流变单元”模型。另外,本文首次在模拟上发现了更加低温的弛豫行为(快β弛豫),并对其机制进行了探讨。研究发现这种弛豫行为模式与一种可恢复的运动相关。这种可恢复的运动从原子振动发展而来,并随着温度的增加,逐渐转化成不可恢复的运动。研究结果还表明,快β弛豫是慢β弛豫的前驱。这项结果为进一步理解快β弛豫机制及各种弛豫模式之间的关联提供了直接的实验证据。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG139.8
【图文】：

历史发展,重要应用,望远镜,玻璃

第 1 章绪论第 1 章绪论展至今，材料在人类文明发展中的作用不可替代。每一次促进了人类文明的发展和进步。人类对材料的认识和应用、人类生活质量等息息相关[1]。从开始使用材料伊始至今使用的不同而被划分为：石器时代、青铜器时代、铁器时如今，城市中矗立的高楼大厦、乡村中平铺的低矮瓦舍无的智慧。

金属玻璃,优异特性,力学

金属玻璃（又称非晶合金）这种新的玻璃材料展型的玻璃材料是由金属为原材料制备而成，其兼具了玻璃如图 1.2 所示，具有高强度、高弹性极限、低弹性模量、良好特性[5-10]。因此金属玻璃具有广泛的应用前景。如图动态断裂韧性而被用作穿甲弹等动能弹弹头[11]，由于有较高尔夫球杆击球头，可以传递将近 99%的能量，由于低磁和电动机的磁芯。但是金属玻璃也存在一些显著的局限性料，不具备较好室温塑形变能力，而且金属玻璃的形成能寸材料[12]。这种新的材料为什么会出现这些优点和局限，题有何关联，我们能不能通过研究基本物理问题的本质从能，促进其更广泛的应用[13-16]。上述有些问题已经较为明讨，比如基本物理问题——金属玻璃的低温弛豫机制、金性演化及演化机制等，本文将对上述提出的物理问题进行

金属玻璃,低磁,磁芯,电动机

(a) 金属玻璃由于低磁损特性而被用作电动机的磁芯。(b) 由于其有高动态而被用作动能弹弹头。 (a) MG can be used as magnetic core of electromotor because of its low magnetMG can be used as armor piercer because of its dynamic fracture toughness.属玻璃的历史与发展通玻璃很早就被人们制备出来是由于其要求的制备条件简单，通常水冷的方法就可以获得。而金属这种特殊的材料作为制备玻璃的原工艺要求较高。一般来讲，金属是由金属键连接而成，在正常冷却形成晶体[8, 17-19]。虽然早在上世纪中叶，Turnbull 就曾预言，金属下也可以形成玻璃态[20]。但是，直到 20 世纪 60 年代，美国加州理uwez 等人才在一次偶然的机会中，通过液体喷枪技术在 Au75Si2厚度为微米量级的金属箔片，经衍射方法测定该箔片为非晶态，

【参考文献】