欧洲团队从原子层面揭示金属玻璃形成过程

　　近，一个欧洲研究团队利用欧洲同步加速器的X射线研究了金属玻璃的形成过程，从微观角度揭示了合金从液体到固体的“玻璃化转变”过程。这一认识上的飞跃将给世界金属玻璃及玻璃材料研究带来重要影响。

　　金属玻璃（又称非晶合金）是在快速（例如不到1秒）冷却时不结晶的合金。与缓慢冷却并结晶的传合金不一样，金属玻璃的原子不形成规则的晶体结构，而是大致保持其在熔融体中的位置。这使金属玻璃既像钢一样坚固，又像塑料一样具有弹性。自1960年问世以来，因其高强度、大弹性极限、优异的耐磨、耐腐蚀、耐辐射及软磁等性能，在国防、电子信息、能源高技术等各领域展现出广阔的应用前景。

　　然而在这种“玻璃化转变”中，原子层面究竟发生了什么？迄今尚未完全弄清楚。过去的几十年中，了解玻璃的形成方式一直是材料科学领域的重要挑战。类似研究在十多年前曾由于技术原因失败过。

　　最近，由德国萨尔大学材料学家伊莎贝拉·加利诺博士领导的研究团队在这方面取得重大进展。加利诺团队与西班牙的沙维尔·莫尼尔博士和丹尼尔·坎贾洛西博士、法国的阿特丽斯·鲁塔博士一起进行了前所未有的详细研究。他们利用位于法国格勒诺布尔的欧洲同步辐射装置（ESRF）的高能X射线，研究一种特殊的金合金的过冷熔体，特别在其从大约150℃（液体）“冻结”到大约115℃（玻璃态）这一过程。他们用了新的“快速量热仪”研究冷冻过程本身，终于取得成功，从合金原子层面揭示了其迁移率是如何降低的。

　　加利诺博士说，人们一直认为，随着原子迁移率的降低，液体的特性相应下降，而固体的特性稳步增长，但这种一对一的关联并不完全正确。因为合金熔体由大小各异的不同原子组成。虽然像金原子这样的大原子已经被冻结，但是像硅这样的小原子仍然可以移动。这种集体流动意味着在这个时间点仍然存在迁移率，因此材料仍然表现得像液体。只有当较小的原子也冻结时，液体才最终固化成玻璃。

　　研究人员对“玻璃化转变”这一关键过程的认识，有助于创建新材料或了解现有材料的特性。除了金属玻璃，它还会促进世界范围内玻璃材料（例如聚合物和离子液体）的研究。相关成果在线发表于近的《科学进展》上。