东南大学最新研究：铝元素如何影响金属玻璃性能？

东南大学最新研究：铝元素如何影响金属玻璃性能？

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近日，东南大学袁晨晨副教授联合多家机构，在材料科学顶级期刊《Acta Materialia》上发表重要研究成果，揭示了铝元素对高温金属玻璃熔体动力学行为的深刻影响。这一发现不仅深化了对金属玻璃形成机制的理解，更为优化其性能提供了新的理论依据。

研究团队采用静电悬浮技术，精确测量了不同铝含量（4%、8%、16%、24%）下Zr-Co基金属玻璃的熔体粘度。结果显示，随着铝含量的增加，熔体粘度呈现上升趋势。这一现象背后蕴含着复杂的物理化学机制。

进一步的分子动力学模拟揭示，铝的添加显著降低了Zr、Co及Al的自扩散系数，意味着所有成分在熔体中的微观运动能力减弱。特别值得注意的是，铝与Zr、Co等过渡金属元素之间的轨道杂化效应，这种效应在原子层次上改变了熔体的电子结构及短程有序构型，导致快原子Co与Al的微观扩散动力学出现解耦现象。

通过分析合金熔体的原子结构和键合特征，研究团队发现铝元素的添加形成了类共价方向性键，这些键的存在增强了熔体的结构稳定性，进而减缓了熔体的动力学过程。尽管铝添加有助于提升玻璃形成能力，但研究同时指出，熔体的动力学行为并不是玻璃形成能力优化的唯一因素，提示未来研究需要考虑更复杂的材料相互作用。

这一研究成果的意义在于，它不仅阐明了Al微量合金化对金属玻璃熔体宏观、微观动力学行为的影响机制，更为后续的金属玻璃性能理解与调控提供了理论依据与实验支持。随着技术的发展，金属玻璃作为一种新兴的高性能材料，期待在航空、汽车及电子设备等领域发挥更大的作用。