PDF《Z.材料模拟、计算与设计》

3 Z-07 Short-range order in Metallic glasses: Enough or not? 管鹏飞 北京计算科学研究中心 非晶合金,又称金属玻璃,是典型的由金属键主导的原子玻璃体系,其相对简单的微观结构为探索非晶态相关的基本物 理问题提供了优良模型;

非晶合金无序结构所带来的优异力学,物理和化学性能,也为其在各类新材料领域的应用提供了物 性基础.因而,对非晶合金的研究不仅具备重要的科学意义,也具有重要的应用价值.与其他玻璃的形成一样,非晶合金是 通过对高温合金熔体的快速冷却来抑制结晶过程,并在一定的温度时发生玻璃转变(glass transition)而形成.玻璃转变是与非 晶合金的形成、微观结构与宏观物性等密切相关的物理过程,但其本质并不能通过传统的热力学相变理论来描述,是当前凝 聚态物理和材料科学所面临的巨大挑战之一.近年来,人们在对非晶合金过冷液体的研究中发现,随温度的降低,其动力学 行为变慢的同时也伴随着特殊局域结构特征(短程序)的演化,进而尝试构建过冷合金熔体中结构短程序与慢动力学之间的 耦合关系,并将其理解为慢动力学的结构起源.基于计算模拟,我们发现了受限非晶合金过冷液体中慢动力学与其结构短程 序(特征原子团簇)特征之间的退耦合;

构建了慢动力学与原子构型相似度之间的耦合关系,并给出了由该相似度出发定义 的静态关联长度在无论是受限、 还是非受限体系中对慢动力学的普适描述, 揭示了该静态关联长度在玻璃转变中的主导作用. 研究表明控制非晶合金过冷液体慢动力学, 乃至玻璃转变的结构因素并不是非晶几何结构的短程序, 而是反映构型间空间关 联的静态关联长度;

为更全面地认识非晶合金的几何结构序、更深入地理解玻璃转变的本质提供了全新的视角. Z-08 具有微结构的非晶合金的塑性变形的多尺度模拟 Guang-Ping Zheng Hong Kong Polytechnic University 近年来, 具有微结构的非晶合金越来越引起广泛的关注;

大量的实验发现由非晶纳米颗粒组成的大块非晶合金与结构均 匀的大块非晶合金的力学性能之间有显著的不同. 多尺度模拟是研究此类新型非晶合金的力学性能与其微结构关系的有效手 段.通过第一性原理计算,非晶纳米颗粒之间的界面的形成条件,如温度、压强等,与其原子结构的联系可以得到准确的表 征.以Fe-Si-B 非晶合金为例,计算结果表明,非晶纳米颗粒之间的界面原子结构显著影响这些具有微结构的非晶合金的力 学性能;

在低于玻璃化转变温度 50-80 o C 的温度进行热处理,得到的具有微结构的非晶合金的断裂应变较大.同时,第一性 原理计算还为相场模型模拟此类新型非晶合金的塑性变形提供了可靠的模型参数和特征参量. 通过相场模型模拟纳米结构非 晶合金薄膜的塑性变形,发现剪切带在非晶纳米颗粒和它们之间的界面中的形成和传播会受到非晶纳米颗粒的大小 D 和它 们之间的界面的原子结构的显著影响........