自1959年美國加州理工大學研究者首次發現非晶合金（又稱金屬玻璃或液態金屬）以來，其優異的性能引起人們的廣泛關注，在變壓器、醫療器械、運動器材、電訊產品等諸多領域有廣泛的應用前景。然而，每一種常用的晶體材料合金體系都有確定的相圖，依據相圖可以方便地調控其組織結構，獲得理想的綜合性能。非晶合金由于其紛繁復雜的原子結構（短程有序、長程無序），使其相變問題成為困擾學界逾四十年的難題。南京理工大學格萊特納米科技研究所（HGI）青年教師蘭司（第一作者）與香港城市大學王循理教授通過與中、美、澳、日等國科學家深度合作，采用原位中子散射、同步輻射高能X-射線衍射等先進的實驗手段，探明了非晶合金中潛在相變過程的微觀機制，為通過常規熱處理手段調控非晶合金的結構提供了新的思路。文章于2017年3月17日發表在《Nature Communications》（自然通訊）（Hidden Amorphous Phase and Reentrant Supercooled Liquid in Pd-Ni-P Metallic Glasses. Nature Communications, 8, 14679. DOI：10.1038/NCOMMS14679.）。期刊編輯指出：“以鈀-鎳-磷玻璃為原型的非晶合金中遠低于結晶溫度下出現的熱力學異常放熱峰困擾了該領域逾四十多年。該文章的作者通過利用同步輻射高能X-射線和中子散射，為該異常放熱峰對應的非晶多型性相變提供了直接證據，發現相變過程短程有序結構變化非常小，而中程有序尺度結構變化顯著。”

    這一研究揭示了非晶合金中的一種新型隱藏非晶相。該研究發現鈀-鎳-磷非晶合金加熱升溫過程中的異常放熱峰伴隨著非晶態相轉變，當合金加熱到玻璃轉變溫度以上時，普通的非晶相會先轉變為另一個具有更高有序度的隱藏非晶液相，而后在更高的溫度下重新轉變為最初的非晶相。這一相變過程中非晶的短程有序結構并無明顯變化，然而中程有序結構發生了顯著變化。該研究揭示的液態相變點位于玻璃轉變溫度以上、晶化溫度以下，對應明顯的異常放熱現象。基于此建立的非晶合金相圖可以使研究者通過傳統的熱處理方法來調控非晶合金原子乃至納米尺度的結構，從而調控合金的性能。類似的奇異放熱現象通常與高的非晶形成能力聯系在一起，因此該研究成果對于開發具有優異非晶形成能力的合金體系及其結構-性能調控等都具有重要意義。

    上圖：具有隱藏非晶相和奇異放熱現象的典型非晶合金（又稱金屬玻璃或液態金屬）。下圖：鈀-鎳-磷非晶合金準二元相圖及升溫過程非晶態相變順序示意圖。

    通過國際合作，格萊特研究所與美國阿貢國家實驗室先進光源中心、澳洲中子源等大型科學裝置建立了長期的合作關系，獲得了這些大科學裝置的使用權限和免費機時資源，為接下來南京理工大學在先進材料領域使用這些大型科學裝置進行深度國際合作奠定了基礎。

    此次蘭司與領域內國際專家合作突破非晶領域逾四十年的難題，是格萊特研究所正在取得研究進展的一個印證。成立四年多來，格萊特研究所先后獲得江蘇省創新團隊、江蘇高校協同創新中心、教育部和國家外專局111引智基地、國家級國際聯合研究中心、國家自然科學基金委國際合作重點項目等資助，沿著“引團隊 à搭平臺 à立項目 à攻難題……”的道路一步一個腳印，穩步前行。

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責任編輯：劉洋

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