【中玻網(wǎng)】近日，中國科學(xué)院力學(xué)研究所蔣敏強研究員與國內外研究人員合作，在玻璃材料舒緩老化方面取得重要進(jìn)展，初次在實(shí)驗上實(shí)現了一種典型金屬玻璃在超快時(shí)間尺度內結構的較端年輕化。相關(guān)成果以“Ultrafast extreme rejuvenation of metallic glasses by shock compression”為題，發(fā)表在Science Advances 5:eaaw6249(2019)。

　　亞穩態(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，同時(shí)伴隨著(zhù)材料性能的劣化。但是，通過(guò)外部能量輸入，老化的玻璃物質(zhì)能夠重新實(shí)現結構的年輕化（rejuvenation）。這一反老化（anti-aging）過(guò)程一方面有助于對玻璃復雜動(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用。近年來(lái)，針對具有廣泛應用前景的金屬玻璃材料，一系列基于非仿射變形的結構年輕化方法被提出，以期對材料的力學(xué)、物理性能進(jìn)行有效調控。但是，之前所有的年輕化方法都工作在較低應力水平且需要足夠長(cháng)的時(shí)間尺度，因此，具有很大的局限性。

　　研究人員基于輕氣炮裝置的雙靶板平板撞擊技術(shù)，實(shí)現了典型鋯設立資金屬玻璃在約365納秒（人眨一次眼所需時(shí)間的百萬(wàn)分之一）內快速年輕化到一種高焓較端無(wú)序狀態(tài)。該技術(shù)的挑戰性在于對金屬玻璃施加幾個(gè)GPa量級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(guò)控制飛片撞擊速度，可使金屬玻璃的快速年輕化“凍結”在不同水平。

　　研究人員從熱力學(xué)、多尺度結構和聲子動(dòng)力學(xué)“玻色峰”三個(gè)角度，對金屬玻璃的超快年輕化過(guò)程進(jìn)行了一體研究，揭示出玻璃結構年輕化源于納米尺度團簇以“剪切轉變”模式誘導的自由體積產(chǎn)生。基于這一物理機制，定義了一個(gè)無(wú)量綱Deborah數，解釋了金屬玻璃超快年輕化的時(shí)間尺度可能性。該工作使實(shí)現金屬玻璃結構年輕化的時(shí)間尺度提高了至少10個(gè)數量級，拓展了這類(lèi)材料的應用領(lǐng)域，也加深了人們對玻璃超快動(dòng)力學(xué)的認知。

　　中國科學(xué)院力學(xué)研究所和西安交通大學(xué)聯(lián)合培養的博士生丁淦是論文作者，蔣敏強研究員為通訊作者，中國科學(xué)院物理研究所汪衛華院士為共同通訊作者。中國科學(xué)院力學(xué)研究所是論文單位。該項研究工作得到了國家青年科學(xué)設立資金、國家自然科學(xué)設立資金重大項目、中科院青促會(huì )等資助。