美制造出單晶體結(jié)構(gòu)金屬玻璃

本報(bào)訊 一般來說，包括金屬玻璃在內(nèi)的玻璃態(tài)物質(zhì)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上都處于無序狀態(tài)，但據(jù)美國每日科學(xué)網(wǎng)6月17日?qǐng)?bào)道，美國的一個(gè)研究小組日前通過高壓對(duì)一個(gè)金屬玻璃樣本進(jìn)行處理后，在其內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了一個(gè)呈高度有序狀態(tài)的單晶體結(jié)構(gòu)。該研究有助于人們加深對(duì)金屬玻璃材料的認(rèn)識(shí)，開創(chuàng)出一種新型金屬玻璃的制備工藝。相關(guān)論文發(fā)表在6月17日出版的《科學(xué)》雜志上。
雖然玻璃以及玻璃態(tài)物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)總體呈現(xiàn)出無序狀態(tài)，但其相鄰的原子間（一般不超過4個(gè)到5個(gè)原子間距）偶爾也會(huì)表現(xiàn)出一種暫時(shí)的有序性，這被稱為“短程有序”，范圍稍微大一點(diǎn)的被稱為“中程有序”，再大一點(diǎn)類似于普通晶體的則被稱為“長程有序”。目前絕大多數(shù)金屬玻璃的結(jié)構(gòu)都屬于長程無序、短程有序，試圖讓金屬玻璃接近于晶體，具有“長程有序”結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)也都以失敗而告終。
美國卡內(nèi)基地球物理實(shí)驗(yàn)室研究員毛河光及其同事的一項(xiàng)研究卻有望改變這一現(xiàn)狀，讓制造出具有長程有序結(jié)構(gòu)的金屬玻璃成為可能。
實(shí)驗(yàn)中，研究人員將大多只有1厘米長、非常細(xì)的鈰鋁金屬玻璃樣本放在25千兆帕斯卡（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力的25萬倍）的壓力下進(jìn)行處理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有的樣本都在強(qiáng)大壓力下發(fā)生了“脫?；?，關(guān)閉了玻璃態(tài)并形成了面心立方晶體結(jié)構(gòu)，而它們的原子就像乒乓球一樣被塞入這個(gè)結(jié)構(gòu)當(dāng)中。樣品被帶回環(huán)境壓力后，新結(jié)構(gòu)仍然保持穩(wěn)定。
毛河光說，這一令人振奮的結(jié)果表明，對(duì)鈰鋁玻璃進(jìn)行加壓就可獲得人們所需要的長程有序的“完美玻璃”，或許這種情況在其他金屬玻璃中也存在。
即將加入毛河光小組的浙江大學(xué)研究人員曾橋石（音譯）說，高壓技術(shù)或許提供了一種通過金屬玻璃制造單晶材料的方法。此外，它還有效地將兩種極端材料結(jié)合在了一起：高度有序的單晶和高度無序的玻璃。
金屬玻璃也被稱為非晶態(tài)合金，是一種具有特殊性能的新型材料。這種材料比玻璃堅(jiān)硬、比金屬有彈性，兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)又克服了它們的弊病。其較高的強(qiáng)度、良好的磁學(xué)性能和抗腐蝕能力使其在電子、航空航天、機(jī)械、微電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。用它制成的變壓器鐵芯具有顯著的節(jié)能效果，在電子設(shè)備中使用這種材料還能起到減輕設(shè)備重量、增加有效載荷、增強(qiáng)抗干擾能力的作用。此外，它還能用來制造高爾夫球桿、感應(yīng)式防盜標(biāo)簽等。
美國能源部能源前沿研究中心、中國國家自然科學(xué)基金會(huì)以及中國博士后科學(xué)基金會(huì)等單位為此項(xiàng)研究提供了資助。
（王小龍）
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