【期刊】研究快讯 | 纳米金属玻璃颗粒的动力学转变现象 | CPL

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原文已发表在CPL Express Letters栏目

Received 9 December 2020; 

online 29 December 2021

EXPRESS LETTER

Dynamic Crossover in Metallic Glass Nanoparticles

Shan Zhang (张珊), Weihua Wang (汪卫华), and Pengfei Guan (管鹏飞)

Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (1): 016802

文章亮点

此研究给出了金属玻璃纳米颗粒弛豫动力学与自由能曲面性质的尺寸效应，发现了势能图景特征从多层级向平坦转变的临界尺寸，阐明了纳米尺度金属玻璃独特性能的微观起源，为调控其特性提供重要依据。

纳米金属玻璃颗粒的动力学转变现象

研究背景

金属玻璃又称非晶合金或非晶态金属，作为一种由原子组成的非晶态材料，金属玻璃拥有高强度、高断裂韧性、高硬度、高耐磨、高耐腐蚀性、和低磁损等优良的物性，在各应用领域引起了广泛关注。近年来，人们发现当金属玻璃的尺寸降低到纳米尺度时，不仅可以保持优异的机械性能，还因其具有高比表面积的特性而表现出与块体非晶态材料截然不同的性质，进而有望扩展它们在催化、复合材料、生物医药等领域的应用。目前，大量实验和模拟均表明金属玻璃表面具有松散的结构以及类似液体的超快动力学行为，并在低维金属玻璃的原子结构、动力学和玻璃转变温度的强尺寸依赖性中起主导作用。然而，纳米金属玻璃壳层动力学特性和其势能图景形貌的相关性仍不清楚。

内容简介

最近，北京计算科学研究中心管鹏飞研究员课题组与中科院物理所汪卫华研究员合作，通过调整颗粒特征大小观测到了金属玻璃纳米液滴从脆到强的动力学脆度转变；通过综合运用分子动力学模拟以及弛豫激活算法，以势能曲面为媒介，确定了这类动力学脆度转变归因于表面曲率增强的超快速表面动力学；揭示了随尺寸减小，纳米金属玻璃颗粒势能曲面形貌从多层级到平坦的变化，以及超小尺寸非晶体系具有平坦势能曲面的本征属性。综上所述，当液体尺寸小于临界尺寸时，体系的势能曲面形貌变得足够简单平滑，使得样品相应的金属玻璃的过冷液滴发生从脆性向强的转变，进而表现出与块体材料截然不同的宏观物性。

(ａ) 弛豫时间随温度变化曲线。尺寸小于1.5 nm的金属玻璃液滴脆度发生了由脆向强的转变；(b) 直径1.0 nm 和 3.0 nm的纳米金属玻璃激活能谱，插图显示其平均原子激活能量的实空间分布；(c) 势能图景形貌随尺寸变化示意图。

研究意义和重要性

此项研究揭示了纳米尺度下金属玻璃的独特特性的基本物理特征，提供了纳米金属玻璃势能曲面形貌随空间尺度演化的基本规律，为纳米金属玻璃的性能调控提供更多理论依据。

文章来源：“ChinesePhysicsLetters”公众号

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