日前，來(lái)自阿拉巴馬大學(xué)、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和加利福尼亞大學(xué)的一個(gè)研究小組計(jì)算研究了金屬玻璃（特別是Cu64Zr36）本征的空間異質(zhì)性與剪切帶形成之間的關(guān)系。隨著材料異質(zhì)性之間空間關(guān)聯(lián)性的增強(qiáng)，以及彈性軟點(diǎn)和硬點(diǎn)區(qū)域的擴(kuò)大，作者們觀察到在材料軟點(diǎn)處，軟點(diǎn)數(shù)量的降低削弱了材料延展性，且應(yīng)力誘導(dǎo)的成核生長(zhǎng)和剪切帶增長(zhǎng)開(kāi)始向應(yīng)變滲透轉(zhuǎn)變。作者發(fā)現(xiàn)，協(xié)同調(diào)控軟點(diǎn)數(shù)量和軟點(diǎn)空間分布可以幫助改善金屬玻璃的延展性。
金屬玻璃（MG）具有非常高的強(qiáng)度，然而由于剪切帶的形成，其通常僅顯示最小的拉伸延展性。研究旨在提高M(jìn)G內(nèi)在異質(zhì)性，以促進(jìn)分布式流動(dòng)，從而為改善單片MG的延展性提供新的可能。研究小組研究了非均質(zhì)無(wú)定型構(gòu)型引起的彈性各向異性對(duì)MG形變性能的影響，并利用多尺度模擬方法對(duì)體系延展性做了相關(guān)研究。通過(guò)原子尺度的計(jì)算模型發(fā)現(xiàn)，Cu64Zr36 MG在納米尺度下呈現(xiàn)出了高度異質(zhì)的高斯型剪切模量分布，而其中局部的柔性區(qū)域很大程度伴隨著非彈性剪切形變的出現(xiàn)。對(duì)剪切變形區(qū)進(jìn)行介觀尺度的動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算發(fā)現(xiàn)，納米尺度剪切形變轉(zhuǎn)化為剪切帶形變由局域剪切模量的空間異質(zhì)性決定。為獲得最佳拉伸塑性，他們定義了彈性異質(zhì)性的臨界空間相關(guān)長(zhǎng)度。該臨界長(zhǎng)度與剪切帶形成的轉(zhuǎn)變節(jié)點(diǎn)相關(guān)，其臨界值可從應(yīng)力誘導(dǎo)的成核生長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)決定的應(yīng)變滲透與塑性流動(dòng)的彈性軟點(diǎn)飽和度等性能進(jìn)行表征。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于深化理解空間異質(zhì)性與MG形變過(guò)程的關(guān)系具有重要意義。他們認(rèn)為可通過(guò)調(diào)控材料本征的異質(zhì)性來(lái)提升高強(qiáng)度金屬合金的拉伸塑性，從而促進(jìn)新型延性單片MG的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。
圖1：納米尺度上彈性性質(zhì)的空間異質(zhì)性
該文近期發(fā)表于npj Computational Materials 4:19 (2018); doi:10.1038/s41524-018-0077-8
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