圖. 金屬玻璃各類結(jié)構(gòu)年輕化方法的比較：過剩弛豫焓與年輕化實(shí)現(xiàn)時(shí)間的關(guān)系

在國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：11522221）、重大項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：11790292）等資助下，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蔣敏強(qiáng)研究員與中國(guó)科學(xué)院物理研究所汪衛(wèi)華院士等合作，在金屬玻璃材料抗老化方面取得重要進(jìn)展，首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了一種典型金屬玻璃在超快時(shí)間尺度內(nèi)結(jié)構(gòu)的極端年輕化。相關(guān)成果以“Ultrafast Extreme Rejuvenation of Metallic Glasses by Shock Compression”（通過沖擊壓縮實(shí)現(xiàn)金屬玻璃超快極端年輕化）為題，于2019年8月23日在Science Advances（《科學(xué)進(jìn)展》）上發(fā)表，

論文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw6249。

亞穩(wěn)態(tài)的玻璃材料具有向熱力學(xué)平衡態(tài)的自發(fā)老化（aging）趨勢(shì)，同時(shí)伴隨著材料性能的劣化。但是，通過外部能量輸入，老化的玻璃物質(zhì)能夠重新實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的年輕化（rejuvenation）。這一反老化（anti-aging）過程一方面有助于對(duì)玻璃復(fù)雜動(dòng)力學(xué)行為的基本理解，另一方面也有利于玻璃材料的工程應(yīng)用。

金屬玻璃是一類以金屬鍵結(jié)合的新型玻璃態(tài)材料。由于不存在位錯(cuò)、晶界等傳統(tǒng)意義的晶體缺陷，金屬玻璃具有一系列突出的力學(xué)、物理性能，作為高速動(dòng)能武器材料、高性能空間防護(hù)材料具有巨大的應(yīng)用前景。近年來，針對(duì)金屬玻璃材料，一系列基于非仿射變形的結(jié)構(gòu)年輕化方法被提出，以期對(duì)材料的力學(xué)、物理性能進(jìn)行有效調(diào)控。但是，之前所有的年輕化方法都工作在較低應(yīng)力水平且需要足夠長(zhǎng)的時(shí)間尺度，因而具有很大的局限性。

蔣敏強(qiáng)研究員及其合作者基于輕氣炮裝置的雙靶板平板撞擊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了典型鋯基金屬玻璃在約365納秒內(nèi)快速年輕化到一種高焓極端無序狀態(tài)。該技術(shù)的挑戰(zhàn)性在于對(duì)金屬玻璃施加幾個(gè)GPa量級(jí)的單脈沖加載和瞬態(tài)自動(dòng)卸載，從而避免剪切帶、層裂等材料動(dòng)態(tài)失效；同時(shí)，通過控制飛片撞擊速度，可使金屬玻璃的快速年輕化“凍結(jié)”在不同水平。

研究人員從熱力學(xué)、多尺度結(jié)構(gòu)和聲子動(dòng)力學(xué)“玻色峰”三個(gè)角度，對(duì)金屬玻璃的超快年輕化過程進(jìn)行了全面研究，揭示出玻璃結(jié)構(gòu)年輕化源于納米尺度原子團(tuán)簇以“剪切轉(zhuǎn)變”模式誘導(dǎo)的自由體積產(chǎn)生。基于這一物理機(jī)制，并采用蔣敏強(qiáng)等之前提出的非晶塑性模型，定義了一個(gè)無量綱Deborah數(shù)，從理論上闡明了金屬玻璃超快年輕化的時(shí)間尺度可能性。

該研究工作使實(shí)現(xiàn)金屬玻璃結(jié)構(gòu)年輕化的時(shí)間尺度提高了至少10個(gè)數(shù)量級(jí)，拓展了這類材料的應(yīng)用領(lǐng)域，也加深了人們對(duì)玻璃超快動(dòng)力學(xué)的認(rèn)知。