金屬玻璃——具有金屬強(qiáng)度的材料，但像塑料一樣可模塑——正在被開發(fā)用于廣泛的應(yīng)用。然而，控制金屬玻璃的形成及其以塊狀形式產(chǎn)生的特性仍然是該領(lǐng)域正在進(jìn)行的工作。

機(jī)械工程與材料科學(xué)教授 Jan Schroers 實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)找到了一種利用應(yīng)變來防止熔融金屬返回其原始狀態(tài)的方法，從而產(chǎn)生非常堅(jiān)固且具有延展性的金屬玻璃。該研究由 Schroers 實(shí)驗(yàn)室的研究生 Rodrigo Miguel Ojeda Mota 和 Ethen Lund 領(lǐng)導(dǎo)，最近發(fā)表在Communications Materials上。

在制造金屬玻璃的常用方法中，合金被熔化，然后在其原子有機(jī)會(huì)重新排列成其原始結(jié)晶狀態(tài)之前極快地冷卻。這種原子的混亂使金屬玻璃具有強(qiáng)度和延展性的結(jié)合。然而，這是一個(gè)僅適用于非常小的樣品的過程，其中可以實(shí)現(xiàn)足夠高的冷卻速率。

“因此，限制是你永遠(yuǎn)無法從中制造出任何真正有用的東西，比如手機(jī)外殼、齒輪或衛(wèi)星推進(jìn)劑罐，”施羅爾斯說。

研究人員嘗試了一種不同的方法，使用應(yīng)變來防止材料松弛回其原始原子結(jié)構(gòu)。在將合金(在本例中為 Zr 44 Ti 11 Ni 10 Cu 10 Be 25合金)加熱 到使其轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡУ臏囟群?，它們?cè)试S在冷卻階段用較小的重量將材料拉下(左) . 這本質(zhì)上是材料放松為晶體原子結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)與使原子保持混亂的機(jī)械應(yīng)變之間的一場戰(zhàn)斗。冷卻后，材料凍結(jié)為金屬玻璃。整個(gè)過程需要幾秒鐘。

“通過在高溫下拉動(dòng)這種材料，我們正在膨脹金屬內(nèi)部的原子，”隆德說。“當(dāng)它冷卻時(shí)，我們將它凍結(jié)在膨脹狀態(tài)，這就是激發(fā)態(tài)的液態(tài)。”

Schroers 說，該工藝使他們能夠大大提高金屬的機(jī)械性能，并使用它們來創(chuàng)造復(fù)雜的形狀。

Ojeda 說，下一步是嘗試將這個(gè)想法應(yīng)用于不同的流程。“我們對(duì)電線不感興趣，但將致力于將應(yīng)變延展化納入吹塑成型，”他說。“這將使我們能夠制造出大多數(shù)金屬用于非常高強(qiáng)度和延展性材料的形狀。”