Недавно Институт механики Китайской академии наук сотрудничал с исследователями в стране и за рубежом, чтобы добиться нового прогресса в борьбе со старением стеклянных материалов, и впервые экспериментально реализовал чрезвычайно молодую структуру типичного металлического стекла в сверхбыстрая шкала времени.Соответствующие результаты озаглавлены «Сверхбыстрое экстремальное омоложение металлических стекол путем ударного сжатия», опубликованные в журнале Science Advances (Science Advances 5: eaaw6249 (2019)).
Метастабильный стекломатериал имеет тенденцию к самопроизвольному старению до термодинамически равновесного состояния, одновременно сопровождающемуся ухудшением свойств материала.Однако за счет воздействия внешней энергии стареющий стеклянный материал может омолодить структуру (омоложение).Этот процесс предотвращения старения, с одной стороны, способствует базовому пониманию сложного динамического поведения стекла, с другой стороны, он также способствует инженерному применению стеклянных материалов.В последние годы для металлических стеклянных материалов, имеющих широкие перспективы применения, был предложен ряд методов структурного омоложения, основанных на неаффинной деформации, с целью эффективного управления механическими и физическими свойствами материалов.Однако все предыдущие методы омоложения работают при более низком уровне стресса и требуют достаточно длительного периода времени и, следовательно, имеют большие ограничения.
Исследователи, основываясь на технологии удара пластины по двум мишеням устройства с легкой газовой пушкой, поняли, что типичное металлическое стекло на основе циркония быстро омолаживается до высокого уровня примерно за 365 наносекунд (одна миллионная часть времени, которое требуется человеку, чтобы моргнуть глаз).Энтальпия крайне неупорядочена.Задача этой технологии состоит в том, чтобы применить одноимпульсную нагрузку на уровне ГПа и временную автоматическую разгрузку к металлическому стеклу, чтобы избежать динамического разрушения материалов, таких как полосы сдвига и отколы;При этом, контролируя скорость удара флайера, металл при быстром омоложении стекла «застывает» на разных уровнях.
Исследователи провели комплексное исследование сверхбыстрого процесса омоложения металлического стекла с точки зрения термодинамики, многомасштабной структуры и фононной динамики «бозе-пика», обнаружив, что омоложение структуры стекла происходит за счет наноразмерных кластеров.Свободный объем, индуцированный режимом «сдвигового перехода».На основе этого физического механизма определено безразмерное число Деборы, которое объясняет возможность временного масштаба сверхбыстрого омоложения металлического стекла.Эта работа увеличила сроки омоложения металлических стеклянных конструкций как минимум на 10 порядков, расширила области применения этого типа материала и углубила понимание людьми сверхбыстрой динамики стекла.
Время публикации: 06 декабря 2021 г.