ガラス材料の老化防止研究の新たな進展

最近、中国科学院力学研究所は国内外の研究者と協力してガラス材料の老化防止において新たな進歩を遂げ、典型的な金属ガラスの極めて若々しい構造を初めて実験的に実現した。超高速のタイムスケール。関連する結果は、「衝撃圧縮による金属ガラスの超高速極度若返り」というタイトルで、Science Advances (Science Advances 5: eaaw6249 (2019)) に掲載されました。

準安定ガラス材料は、熱力学的平衡状態まで自然に老化する傾向があり、同時に材料特性の劣化を伴います。しかし、外部エネルギーの入力により、老化したガラス材料は構造を若返らせることができます（若返り）。この老化防止プロセスは、一方ではガラスの複雑な動的挙動の基本的な理解に貢献し、他方ではガラス材料の工学的応用にも役立ちます。近年、幅広い応用が期待される金属ガラス材料について、材料の機械的・物理的特性を効果的に制御するために、非アフィン変形に基づく一連の構造若返り手法が提案されています。しかし、これまでの若返り方法はすべて、より低いストレスレベルで機能し、十分に長い時間スケールを必要とするため、大きな制限があります。

研究者らは、軽量ガスガン装置のデュアルターゲットプレート衝撃技術に基づいて、典型的なジルコニウムベースの金属ガラスが約 365 ナノ秒 (人間が瞬きするのにかかる時間の 100 万分の 1) で高レベルまで急速に回復することに気づきました。目）。エンタルピーは非常に乱れています。この技術の課題は、金属ガラスに数 GPa レベルのシングルパルス負荷と一時的な自動アンロードを適用して、せん断帯や破砕などの材料の動的破損を回避することです。同時に、フライヤーの衝撃速度を制御することにより、金属ガラスがさまざまなレベルで急速に「凍結」します。

研究者らは、熱力学、マルチスケール構造、フォノンダイナミクス「ボーズピーク」の観点から、金属ガラスの超高速若返りプロセスに関する包括的な研究を実施し、ガラス構造の若返りがナノスケールクラスターによってもたらされることを明らかにした。「せん断遷移」モードによって引き起こされる自由体積。この物理的メカニズムに基づいて、無次元のデボラ数が定義され、金属ガラスの超高速再生の時間スケールの可能性が説明されます。この研究により、金属ガラス構造の再生時間スケールが少なくとも 10 桁増加し、この種の材料の応用分野が拡大し、ガラスの超高速ダイナミクスに対する人々の理解が深まりました。