金屬玻璃的案例
獲得鎳基專利 蘋果公司持續關注金屬玻璃花開無數未見果
圖片來源：非晶中國大數據庫圖庫
美國專利商標局今天正式發布了蘋果新專利：其中，一種用于奢侈消費品和體育用品的鎳基金屬玻璃形式的新材料引起關注。
蘋果本周獲得37項專利，金屬玻璃照例在其中。
圖：AirPods的觸摸控制器，是一種用于奢侈消費品和體育用品的鎳鉻磷金屬玻璃形式的新材料
該發明涉及能夠形成金屬玻璃并具有至少3mm直徑含有Ni-Cr-Nb-P-B合金，并且其中金屬玻璃表現出過冷液體的高強度和高熱穩定性。該材料一直說可以用于消費電子產品，牙科和醫療植入物及器械，奢侈品和體育用品中。
非晶中國大數據庫信息顯示：蘋果從2010年開始，每年會更新在金屬玻璃（液態金屬）領域的獨家專利，之前蘋果在鋯基金屬玻璃研究較多，鎳基金屬玻璃提及較少。今年3月蘋果在提升鎳基材料為基礎的金屬玻璃技術傳出新進展，透過Glassimetal Technology的技術授權，相關金屬玻璃材料可應用在智能型手機、數字顯示屏幕、監視器屏幕、游戲機或是鍵盤等，時隔3個多月，就獲得了新專利。
在中國，金屬玻璃用于消費電子產品已形成一定規模。今年國內已有多家消費電子企業開始接受金屬玻璃產品，并感受到其優異的性價比和高質量。國內相關企業除了在消費電子領域嘗試應用金屬玻璃，在體育用品、醫療器械等其他領域的應用，也取得了可喜進展。
展開 .: 空間不均勻性作為結構特性表征金屬玻璃的結構-性能相關性
然而對于無序的金屬玻璃，還缺乏可以準確定義材料力學性能的結構參量。
【成果簡介】
為描述結構無周期性的金屬玻璃的力學行為，自由體積（free volume）、流變單元、以及剪切轉變區域（STZs）等概念已被引入金屬玻璃彈性-塑性轉變的研究中，來描述結構不穩定性。盡管流變單元和STZ理論是基于金屬玻璃結構不均勻性是剪切局域化及剪切軟化起源的假設，有關金屬玻璃結構不均勻性和宏觀力學性能之間的關系仍未明確建立起來。受實驗技術的限制，還未能描述金屬玻璃空間不均勻性，并確定其和宏觀力學性能之間本征關聯的定量關系。
近日，上海交通大學尖端物質結構研究中心團隊在Nature Communications上發表了題為“Spatial heterogeneity as the structure feature for structure–property relationship of metallic glasses”的文章。該工作報道了納米尺度空間不均勻性是金屬玻璃固有的結構特征，和強度及形變行為有著本征關聯。金屬玻璃的強度和楊氏模量可以通過空間不均勻性特征長度倒數的平方根來定義。此外，時間相關的應變弛豫的拉伸指數也可以通過特征長度來定量描述。該研究有力證明了空間不均勻性可作為描繪金屬玻璃力學性能的結構參量。
【圖文導讀】
圖1：不同熱力學狀態下金屬玻璃的空間不均勻性。
展開 Heraeus展出輕量大件3D打印玻璃金屬，突破3D打印界限
不象大多數結晶金屬炮彈，在沖擊后從平的形狀變為蘑菇形狀，Hufnagel相信;金屬玻璃彈頭的各邊將轉向并給出最好穿透力的削尖射彈。
制造厚的、笨重形狀的金屬玻璃是困難的，因為大多數金屬在冷卻時會突然出現結晶現象，制造玻璃，金屬必會變硬，因為晶格成形時會改變，從純金屬--諸如銅、鎳去創建玻璃，它將以每秒鐘一萬億攝氏度的速率下冷卻。
分子動力學模擬微觀結構對金屬納米玻璃塑性變形行為的影響
【引言】
金屬納米玻璃是納米尺度上玻璃態材料。納米玻璃顆粒冷壓實后，可以獲得玻璃-玻璃界面連接形成的金屬納米玻璃。最近，計算機模擬和能量色散X射線光譜方法證明，晶粒內部和界面之間存在成分梯度。金屬納米玻璃性質與玻璃-玻璃界面密切相關，但是結構無序和界面寬度窄，加劇了研究難度。模擬金屬納米玻璃的變形機理發現，晶粒尺寸影響塑性響應，結構從非定域變形到剪切帶的過渡。玻璃-玻璃界面的缺陷短程有序充當了剪切轉變區的成核位點。在納米玻璃制備方面，即顆粒的惰性氣體冷凝和冷壓實，預測玻璃-玻璃界面中的缺陷短程有序也受到了變形過程的影響。本文通過分子動力學研究發現，玻璃狀顆粒固結后，納米玻璃界面是接觸區域中拓撲不匹配和剪切過程，這種粒子衍生模型明顯不同于現有的體相衍生微觀結構模型。本文也分析了金屬納米玻璃的整體變形行為與微觀結構和界面特性的相關性。
【成果簡介】
近日，德國達姆施塔特工業大學的Omar Adjaoud（通訊）作者等人，采用分子動力學模擬方法，研究了微觀結構對Cu64Zr36納米玻璃塑性變形行為的影響。分析了兩種制備納米玻璃的方法：一種是化學均勻和不均勻的納米顆粒冷壓獲得的納米玻璃；另一種是體相衍生的多面體組裝而成的納米玻璃。對兩種類型的微結構研究發現，顆粒衍生的納米玻璃的界面體積分數明顯高于體相衍生的納米玻璃的界面體積分數。兩種玻璃的單軸載荷具有不同的塑性響應：顆粒衍生的樣品在屈服時，沒有應力下降，應變局部化非常小和沒有應變軟化；大塊衍生的樣品出現應力下降，應變軟化和大的局部應變。這與兩種玻璃的玻璃-玻璃界面結構的不同類型有關。因此，金屬納米玻璃的宏觀變形行為與玻璃-玻璃界面結構和拓撲結構密切相關，而玻璃-玻璃界面的結構和拓撲結構又與加工工藝有關。
展開 
《Nature Commun》：高熵金屬玻璃取得重要進展！
由于均勻阻滯機理，熱量測玻璃化轉變溫度(Tg)與動態力學分析(DMA)確定的動態玻璃化轉變(或α-弛豫)溫度(Tα)趨勢一致。
在此，來自日本東北大學的Hidemi Kato & 美國約翰霍普金斯大學的Mingwei Chen等研究者，探索了三個典型的高熵金屬玻璃(HEMGs)系統的量熱和動態玻璃躍遷之間的關系。相關論文以題為“Decoupling between calorimetric and dynamical glass transitions in high-entropy metallic glasses”發表在Nature Communications上。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-24093
金屬玻璃(MG)，或玻璃化金屬，是通過快速淬滅液體熔體來繞過結晶過程，最終，在實驗室時間尺度上產生配置凍結狀態而形成的。由于原子結構的無序和非平衡態，MGs表現出獨特而不同的熱力學和動力學特性，特別是在接近玻璃化轉變溫度(Tg)時。傳統上，量熱法的Tg定義為比熱突然變化的溫度，通常由量熱法或熱力學方法確定。從動態弛豫的角度來看，隨著溫度的升高，不同的弛豫響應出現，從局部可逆的β弛豫到全局不可逆的α-弛豫，或伴隨著剪切相變區的激活和隨后的滲流的動態玻璃化轉變(STZs)。通常來說，由于玻璃化轉變基本機制的一致性，熱重Tg與動態α-弛豫溫度(Tα)的變化趨勢相同，即Tg高的MGs總是表現出高的Tα。
傳統的MGs的設計策略是在一個主元素的基礎上，在相圖的深共晶點附近添加二次元素和更多的元素，但這可能會限制許多具有獨特和不同物理力學性能組合的發現。
展開 香港城大呂堅院士團隊《AFM》：高熵金屬玻璃電化學析氫！
本工作采用簡便、可大規模生產的單輥甩帶法(百萬噸級)制備了高熵金屬玻璃合金催化劑（原子成分為PdPtCuNiP）用于在堿性和酸性條件下電化學析氫行為研究。此合金作為電解水催化劑，在催化效率和穩定性方面均表現出良好的催化性能。實驗表明，通過一步脫合金的方法形成的納米海綿狀多孔形貌，同時伴有納米晶形成并富集在孔周圍，極大地提高了電化學活性位點。此外，通過DFT計算證實，脫合金誘導在表面自發形成的納米晶同時在水分子分解和H*的吸附/解吸過程中可有效降低其能量勢壘。本研究為設計高效、穩定的電解水合金催化劑提供了直接的實驗理論依據，更重要的是為設計亞穩態金屬合金催化劑在能源催化領域的廣泛應用提供了新的思路。
【作者簡介】
賈喆博士（第一作者）：現任澳大利亞新南威爾士大學博士后研究員（UNSW Faculty Supported Postdoc Fellow）。2017年10月博士畢業于澳大利亞埃迪斯科文大學（ECU）工程學院，師從張來昌（Lai-Chang Zhang）教授。2017年11月入職香港城市大學(CityU)呂堅(Jian Lu)院士課題組擔任高級副研究員。2019年9月入職新南威爾士大學(UNSW)，合作導師Prof. Jay Kruzic。澳大利亞工程協會會員。主要從事亞穩態金屬合金材料等先進金屬材料的設計與研發，包括金屬玻璃、納米晶合金、高熵合金、高熵金屬玻璃、金屬間化合物等，在電解水制氫和環境水處理中的應用。長期致力于在原子尺度上調控結構、成分及原子構型進而優化此類合金材料的電子結構以達到其在能源和環境中的有效合理利用。研究方向涉及金屬材料、冶金物理、合金設計、化學、電化學等交叉學科。
展開 《Scripta Materialia》：發現一系列新的富鎂塊狀金屬玻璃！
本文發現了一系列新的富鎂(塊狀)金屬玻璃，這類金屬玻璃的研究對深入了解多簇結構在富溶劑金屬玻璃形成中的作用、結構對穩定性的影響以及新準晶富鎂相的形成具有重要影響。
（文：破風）
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。歡迎轉載請聯系，未經許可謝絕轉載至其他網站。
暨大《Scripta》：大塑性變形金屬玻璃實現優異析氫催化性能！
Pd40Cu30Ni10P20金屬玻璃(MG)上的高壓扭轉(HPT)產生的劇烈塑性變形將在非晶基體上產生更多的流動單元，并顯著提高酸性和堿性介質中的電催化析氫反應(HER)性能。本文為金屬玻璃(MGs)催化劑的設計提出了指導性建議，對未來氫能源的開發利用產生有益影響。（文：破風）
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。歡迎轉載請聯系，未經許可謝絕轉載至其他網站。
沈陽工大《JMST》：提升鋯基大塊金屬玻璃的塑性！
除了這些可能之外，學者們還發現加氫可以改善玻璃形成能力(GFA)，并提高延展性。但是加入氫后，MGs的高非晶形成能力和延性往往相互排斥。雖然一些研究已經探討了加氫MGs的力學行為，但很少研究氫對MGs變形機理的影響，特別是具有高Zr的大塊金屬非晶(BMGs)?，F有報道中，含氫BMGs的變形機理仍不明確，在許多方面仍存在些許爭議。
沈陽工業大學的研究人員提出了一種將氫引入MGs的新工藝路線，通過等離子體輔助氫化處理對Zr55Cu30Ni5Al10大塊金屬玻璃(BMGs)內部流動單元進行控制，以產生正向的微合金化效應?；诩羟心Ｐ?，利用納米壓痕加載過程中的鋸齒流變和保持階段的蠕變，分析了氫對BMGs中流動單元變形行為的影響。
展開 科學家實現玻璃與金屬焊接
據英國《每日郵報》近日報道，英國一所大學的科學家們近日公布一項突破性的新成果，研發出一種將玻璃和金屬通過超高速激光系統，焊接在一起的方法。
英國赫瑞瓦特大學的科研人員使用非常短的紅外光脈沖沿接合處將兩種材料融合在一起。研究人員認為，這種新工藝有望改變制造業，在航空航天、國防、光學技術甚至醫療保健領域都將有用武之地。
EPSRC激光生產工藝創新制造中心主任鄧肯?漢德(Duncan Hand)教授說:“傳統意義上來說，由于熱特性不同，因此很難將兩種完全不同的材料焊接在一起。高溫和熱膨脹會首先導致玻璃破碎?！?他表示，將玻璃和金屬焊接在一起將是制造流程和設計靈活性的巨大進步。 目前，涉及玻璃和金屬的設備和產品通常是由粘合劑粘在一起的，使用起來很麻煩，零部件可能會逐漸脫落或移動。此外，揮發也是一個問題——粘合劑中的有機化學物質會逐漸釋放，導致產品壽命縮短。
通過實驗，科研人員將石英、硼硅酸鹽玻璃、藍寶石等多種光學材料均成功焊接到鋁、鈦、不銹鋼等金屬上。紅外光脈沖的持續時間只有幾皮秒(相當于1秒之于3萬年的概念)。科學家將需要焊接的兩種材料緊密接觸，然而，激光通過光學材料聚焦，形成一個非常小且強度很高的光點。這就產生了一個微等離子體(類似于在材料內部形成了一個微小的閃電球)，被一個高度受限的熔體區域所包圍?？茖W家們在零下50到90度的溫度下對這些焊縫進行了測試，發現它們結合緊密，足夠堅固，能夠應對極端情況。(來源：環球網)
展開 呂堅院士團隊《AFM》：一種納米海綿結構高熵金屬玻璃合金催化劑
然而，目前最先進的高性能電催化劑都是以結合貴金屬為載體的碳載體為基礎的，其復雜的加工方法是阻礙其商業化的主要原因。
來自新南威爾士大學Jamie J. Kruzic，哈爾濱工業大學孫李剛，香港城市大學呂堅團隊等單位的研究人員，受高熵合金概念的啟發，利用其固有的多重性，并利用其化學均勻性和可調性的玻璃合金設計，提出了一種可縮放的策略，在堿性和酸性條件下將四種等原子元素PdPtCuNiP合金化成高熵金屬玻璃(HEMG)。HEMG的表面去合金化形成了具有納米孔和嵌入納米晶體的納米巨型結構，提供了豐富的活性中心來實現優異的HER活性。當電流密度為10 mA cm?2時，在1.0M KOH和0.5M H2SO4溶液中的過電位分別為32 mV和62 mV，性能優于現有的大多數電催化劑。密度泛函理論表明，晶格畸變和納米晶體的化學復雜性導致電子結構上有很強的協同效應，從而進一步穩定了氫質子的吸附/脫附。這種HEMG策略為設計用于電化學反應的成分復雜的合金建立了一個新的范例。相關論文發表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202101586
在這項工作中，高熵合金的概念被引入到金屬玻璃催化劑中，以獲得原子水平上均勻分布的元素，這些元素可以部分脫離合金，從而實現對表面層的無與倫比的納米結構控制。利用這一新策略，本文成功地研制出一種等原子組成、納米結構可調的柔性獨立式HEMG條帶，可直接用作電化學HER中高效、可靠的電極。
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. : 磁疇解密鐵磁金屬玻璃中的剪切帶影響區
【引言】
盡管金屬玻璃(MGs)具有顯著的強度和彈性，但其延展性阻礙了其廣泛應用。由于應變軟化，MG在遠低于玻璃化轉變溫度下的塑性變形強烈地局限在剪切帶中，該剪切帶控制MG的屈服和斷裂行為。剪切帶通常是由剪切轉變區(STZ)的協同對準產生的納米級平面物體。先前通過TEM觀察表明剪切帶的厚度約為10-20nm，并且該值長期以來在許多MG變形模型中被采用。然而，后來通過不同技術進行的研究表明剪切帶存在于更廣泛的區域。為了精確地繪制剪切帶影響區(SBAZ)，需要具有足夠高的靈敏度和空間分辨率的方法。磁疇與磁各向異性相關并反映自旋結構。10-5數量級的變形應變很難通過X射線測量，但可以完全重構磁疇圖譜。對于沒有磁晶各向異性的鐵磁MG，磁疇結構以磁彈性各向異性為主，并且對局部應力引起的原子位移極其敏感。因此，磁疇結構的演變可以直接反映鐵磁MG變形時的局部結構變化和應力/應變分布。也就是說，通過磁力顯微鏡(MFM)易于觀察到的磁疇能夠以納米級高精度和高空間分辨率探索剪切帶周圍的受影響區域。
【成果簡介】
近日，中科院物理所汪衛華院士、柳延輝研究員(共同通訊作者)等以磁疇作為高靈敏度和空間分辨率的探針詳細揭示了剪切帶影響區(SBAZ)的結構，并在Nat. Commun.上發表了題為“Shear-band affected zone revealed by magnetic domains in a ferromagnetic metallic glass”的研究論文。作者證實剪切帶伴隨著在應變場中具有梯度的微米級SBAZ，并且多個剪切帶通過SBAZ的疊加相互作用。此外，還存在從剪切帶延伸數百微米的超長程漸變彈性應力場。
展開 首次實驗證實玻璃材料這種斷裂機制
玻璃是我們日常生產生活中不可或缺的重要材料，脆性是玻璃最突出的特征之一，災難性的脆性斷裂也制約了玻璃的更廣泛應用。對玻璃失穩斷裂機理的研究不僅關乎玻璃自身力學性能的優化，也對認識無序系統的力學失穩提供科學指導。傳統玻璃態材料（如氧化物玻璃）被認為是理想的脆性材料，根據經典的固體斷裂力學理論，其脆性斷裂是通過原子鍵的依次斷裂進行，而不發生原子的塑性流動。但是，近年來不少研究提出了傳統脆性玻璃也有可能在微觀尺度上發生塑性流動的觀點。關于玻璃斷裂時能否發生塑性變形一直是學術界長期爭議的基本科學問題。
玻璃家族的新成員，金屬玻璃（又稱非晶合金）不但具有優異的力學性能，也是研究玻璃態材料失穩斷裂的模型體系。金屬玻璃斷裂表面上可以呈現出豐富的、多尺度的圖案特征。如近年來在許多金屬玻璃的斷面上發現了納米尺度的周期性條紋。對這些斷面特征的研究不僅挑戰了人們對傳統的斷裂理論的認識，也揭示了遠離平衡態的無序固體體系力學失穩的復雜性和有序性。斷面圖案特征的形成必然和裂紋在玻璃固體中的形成和擴展過程密切相關。但觸發災難性脆斷的裂紋是如何起源，又是如何擴展的？這已經成為非晶態物理和材料領域內亟需回答的根本性問題之一。
近年來，大量的理論和模擬工作預言了金屬玻璃斷裂過程中的空穴（cavitation）行為，意識到空穴形成可能是主導金屬玻璃甚至其他非晶體系失穩斷裂的潛在機制。空穴化或孔洞聚集是塑性材料延性斷裂的典型特征，但是否存在于以金屬玻璃為代表的玻璃態材料的宏觀脆性斷裂中尚未得到確切的實驗證實。
展開 科思創采用聚碳酸酯替代傳統車窗玻璃及金屬件
專家們認識到，采用輕量化復合面板替代高強度金屬這一理念似乎行不通，當自動駕駛車輛與非自動駕駛車輛在同一道路上行駛時，仍有可能出現高速碰撞，這一現象或將十分普遍。
若采用塑料窗及立柱或將解決盲區問題，因為行人與車輛的碰撞事故通常是由于視覺盲區引發的。由于傳感器及軟件的制約，若強度要求較低，可將上述設備整合到復材面板中。
科思創與瑞典默奧設計學院的設計師開展合作，研發自動駕駛車輛概念車——代號K2016 EV，該車輛的內外飾大膽地采用新材料。
包裹聚碳酸酯的裝配玻璃可被用于替代傳統車輛上的各類窗戶。此外，相較于傳統車窗玻璃，該方案的總體重量輕了50%。
高性能聚氨酯耐磨材料已被廣泛用于新車中，約占中型車車重比例的18%。
高性能塑料將替代傳統金屬件及車內玻璃，聚碳酸酯不僅能抗震防碎，還能阻斷有害的紫外線。
然而，科思創認為，當前的聚碳酸酯材料將逐步應用于車窗上。此外，還能噴涂硬質薄膜，進一步增強這類材料的抗碎裂性及耐磨性。
展開 Mater.綜述帶你了解納米玻璃的結構與性能
【引言】
近年來，納米玻璃的發現使得非晶態金屬或金屬玻璃領域更為豐富。納米玻璃具有長度尺度在幾納米的內部結構特征，可通過局域自由體積和化學組成的顯著變化來表征?，F有研究發現，納米玻璃的結構和傳統方法制備得到的金屬玻璃有著顯著差異。通常認為納米玻璃的結構包含兩個不同的非晶態區域，從而引發一系列顯著不同于快冷金屬玻璃的力學、熱學和磁性能。因此，納米玻璃作為一種新的非晶固態材料，在眾多結構和功能應用中具有著開創性的機遇和潛力。
【成果簡介】
近日，德國卡爾斯魯厄理工學院的Yulia Ivanisenko研究員（第一作者兼通訊作者）和Horst Hahn研究員（通訊作者）在Advanced Engineering Materials上發表了題為“Structure and Properties of Nanoglasses”的綜述文章。此篇綜述的基本結構如下：首先描述了納米玻璃背后的基礎概念；接著對其合成和制備路徑作了總結，證明納米玻璃原子結構的顯著差異；最后，說明納米玻璃的結構不均勻性是如何導致其性能的劇烈變化的。
【圖文導讀】
圖1：基于Gleiter等人的工作，圖示納米晶材料和納米玻璃的缺陷和化學顯微結構之間的類比。
圖2：徑向分布函數的示意圖：無序原子結構，計算得到的對分布函數和計算得到的徑向分布函數。
圖3：納米束衍射序列acquisition的示意圖，后續進行RDF處理以得到RDF立方體。
圖4：TEM顯微形貌表征。
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