全國(guó)重點(diǎn)大學(xué)，Nature+1

燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料中心王利民教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合河北工業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院物理研究所等單位，依據(jù)熵調(diào)控設(shè)計(jì)方法高效精準(zhǔn)地開發(fā)出兼具超高強(qiáng)度、高韌性、高熱穩(wěn)定性的錸（Re）基塊體非晶合金。研究成果以“兼具類陶瓷強(qiáng)度與金屬韌性的塊體金屬玻璃”為題（Ceramic-like Strength and Metallic Toughness in a Bulk Metallic Glass），發(fā)表在4月22日出版的Nature期刊上。

材料強(qiáng)度—韌性關(guān)系的Ashby圖

非晶態(tài)材料作為物質(zhì)的基本形態(tài)之一，因其獨(dú)特的原子無(wú)序結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出晶態(tài)材料難以比擬的物理和化學(xué)性能。當(dāng)前，新型非晶材料（如非晶合金和氧化物玻璃等）的研發(fā)主要依托多組元混亂原則和深共晶原則相結(jié)合的定性指導(dǎo)，難以擺脫低效的試錯(cuò)性成分設(shè)計(jì)模式。突破傳統(tǒng)范式的瓶頸，實(shí)現(xiàn)非晶成分的定向設(shè)計(jì)，始終是制約非晶合金領(lǐng)域發(fā)展的核心科學(xué)難題，尤其對(duì)于具有特殊應(yīng)用價(jià)值的高溫非晶合金的研發(fā)更為迫切。

該研究的突破在于提出了非晶成分熵調(diào)控設(shè)計(jì)方法，通過(guò)選取具有高彈性模量、高價(jià)電子濃度及強(qiáng)共價(jià)鍵特征的難熔元素（錸Re、鈷Co、鉭Ta、硼B(yǎng)），并利用Re–B、Co–B及Co–Ta二元體系中低熔化熵的成分進(jìn)行相競(jìng)爭(zhēng)整合，成功開發(fā)出一類新型高性能Re基塊體非晶合金。該材料突破了傳統(tǒng)金屬與陶瓷材料之間的強(qiáng)度—韌性權(quán)衡，在保持約30MPa·m1/2斷裂韌性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了約6.43GPa的超高強(qiáng)度。這一數(shù)值刷新了迄今已報(bào)道的非晶合金和晶態(tài)金屬的強(qiáng)度紀(jì)錄，在接近先進(jìn)陶瓷強(qiáng)度的同時(shí)，展現(xiàn)出遠(yuǎn)超后者的斷裂韌性。此外，該合金還表現(xiàn)出卓越的高溫穩(wěn)定性與環(huán)境耐受性：在900K下仍保持約4.4GPa強(qiáng)度，同時(shí)在氧化與腐蝕環(huán)境中性能穩(wěn)定。

該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助支持。蔡正清、馮士東、宋貞強(qiáng)為論文的共同第一作者。

編輯、審核：石瑾鵬

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