【AM寧波材料所建所20周年?？炕谀芰空{(diào)控設(shè)計(jì)具有優(yōu)異性能的非晶/納米晶合金
非晶合金在電力電子、航空航天、催化等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。由于非晶合金具有無(wú)序的原子結(jié)構(gòu)特征，難以構(gòu)建結(jié)構(gòu)-性能間的關(guān)聯(lián)，極大限制了高性能非晶合金材料的研制和應(yīng)用。非晶合金處于非平衡亞穩(wěn)狀態(tài)，能量狀態(tài)可以在很大范圍變化，通過(guò)精準(zhǔn)控制能量的弛豫過(guò)程，可以建立能量-性能關(guān)系，為設(shè)計(jì)性能優(yōu)異的非晶/納米晶合金提供新途徑。
近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所非晶合金磁電功能特性研究團(tuán)隊(duì)在王軍強(qiáng)研究員的帶領(lǐng)下，致力于非晶/納米晶合金的制備和設(shè)計(jì)、弛豫和晶化等亞穩(wěn)特征、磁功能特性研究（Adv. Funt. Mater. 2024, 2313355，Proc. Natl. Acad. Sci. 2023, 120, e2302776120，Nature Commun. 2023, 14, 8407，Sci. China-Phys. Mech. Astron. 2023, 66, 256111，Mater. Today Phys. 2021, 21, 100528，Phys. Rev. Lett. 2020, 125, 135501，Acta Mater. 2020, 185, 38，Phys. Rev. Mater. 2018, 2, 063601，Acta Mater. 2016, 104, 25，Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 2567）。近日，該團(tuán)隊(duì)受邀在國(guó)際知名期刊Advanced Materials上發(fā)表題為“Designing Advanced Amorphous/Nanocrystalline Alloys by Controlling the Energy State”的綜述文章，系統(tǒng)總結(jié)了通過(guò)調(diào)控能量狀態(tài)設(shè)計(jì)具有優(yōu)異功能特性的非晶/納米晶合金的研究進(jìn)展，尤其重點(diǎn)介紹了非晶合金弛豫規(guī)律、弛豫基本單元——弛豫子的發(fā)現(xiàn)，以及弛豫子相互作用導(dǎo)致的記憶效應(yīng)等，并介紹了非晶能量變化對(duì)催化、磁性、力學(xué)、熱穩(wěn)定性、晶化等性能的影響規(guī)律和機(jī)制（圖1）。
本文重點(diǎn)討論了非晶合金能量演化過(guò)程中的弛豫動(dòng)力學(xué)規(guī)律。介紹了利用高精度閃速差示掃描量熱儀測(cè)量非晶合金的熱流變化，探測(cè)到符合德拜模型的基本弛豫單元，提出了 “弛豫子”概念，并在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)特定弛豫子的編程式設(shè)計(jì)，在焓空間中定量表征了不同模式弛豫子的含量（圖2）。作者討論了弛豫子相互作用，及其對(duì)納米晶化和軟磁和磁熱性能的影響。文章指出，兩種不同模式的弛豫子的相互作用具有不可交換的特點(diǎn)，當(dāng)從具有小激活能的β弛豫子跳入具有大激活能的α弛豫子區(qū)間時(shí)，將會(huì)激活能量的記憶效應(yīng)，反之，則不會(huì)出現(xiàn)能量記憶效應(yīng)；根據(jù)β弛豫子對(duì)納米晶形核的影響，研究人員提出一種設(shè)計(jì)微細(xì)納米晶結(jié)構(gòu)的新策略，并基于此設(shè)計(jì)出具有優(yōu)異軟磁和磁熱性能的新型非晶納米晶合金（圖3）。最后，文章對(duì)非晶/納米晶合金研究進(jìn)行展望，討論了影響非晶合金亞穩(wěn)特征的主要因素及關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。
寧波材料所王軍強(qiáng)研究員、宋麗建研究員、霍軍濤研究員、高萌研究員、張巖研究員文為論文作者，本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFA0703600）、國(guó)家自然科學(xué)基金（52231006、52001319、92163108、52271158、52222105、51827801、52201194）、浙江省自然科學(xué)基金（LGF22E010002、LZ22A030001、LR22E010004）、浙江省“尖兵”“領(lǐng)雁”研發(fā)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（2022C01023）、寧波市科技創(chuàng)新2025重大專項(xiàng)（2019B10051）等項(xiàng)目的支持。
圖1 非晶合金能量地形圖，調(diào)控能量設(shè)計(jì)具有先進(jìn)性能的非晶/納米晶合金
圖2 弛豫子探測(cè)、編程化設(shè)計(jì)和定量表征
圖3 通過(guò)調(diào)控弛豫子含量，設(shè)計(jì)具有優(yōu)異軟磁性能的非晶納米晶復(fù)合材料
（磁性材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）