金属玻璃断裂点大幅度变化背后的物理过程

金属玻璃合金(或液态金属)的强度是最好的工业钢的三倍，但可以像塑料一样容易地塑造成复杂的形状。这些材料具有欧洲杯足球竞彩高度的抗划痕、凹痕、粉碎和腐蚀能力。到目前为止，它们已被用于从高尔夫球杆到飞机部件的各种产品中。而且，一些智能手机制造商甚至打算放弃下一代手机壳。

但是，尽管这些物质具有潜力，但它们的力学性质仍然是一个科学迷。一个挥之不去的问题是，为什么它们的韧性和断裂点如此不同，这取决于它们的制造方式。尽管这对于智能手机外壳等小型应用来说可能不是一个大问题，但如果这些材料用于需要支撑大负载的结构应用中，这将是极其重要的。欧洲杯足球竞彩

最近，劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)计算研究部的Christopher Rycroft开发了一些新的计算技术来解决这个问题。当莱克罗夫特将这些技术与以色列魏茨曼研究所的Eran Bouchbinder和他的同事开发的金属玻璃力学模型结合起来时，他们就能够对金属玻璃断裂点的巨大变化背后的物理过程提出一种新颖的解释。他们的结果也与实验室的实验定性一致。

Rycroft说：“我们希望这项工作将有助于理解金属玻璃，并有助于它们在实际应用中的应用。最终，我们希望开发一种工具，能够根据金属玻璃的制备方法对其韧性进行定量预测。”。

Rycroft和Bouchbinder是最近发表在《物理评论快报》上的一篇论文的合著者。

什么是金属玻璃?以及，为什么建模如此困难?

科学家将“玻璃”定义为一种材料，当原子进入晶格或高度规则的空间模式时，它可以从液态冷却到固态而不结晶。由于许多金属晶格充满缺陷，这些材料相对容易“变形”，或永久弯曲变形。当结晶不发生时，原子会沉淀成随机排列。这种原子结构允许金属玻璃弹回到形状，而不是永久变形。没有这些缺陷，一些金属玻璃也具有极其有效的磁性。欧洲杯足球竞彩

莱克罗夫特指出，凝聚态物理学中最大的谜团之一是玻璃是如何从液态转变为固态的。为了成功地制造出金属玻璃，金属必须在原子晶格形成之前相对快速地冷却。

莱克罗夫特说:“根据你如何准备或操作这些金属玻璃，断裂点可能相差10倍。”“因为科学家们还不能完全理解玻璃是如何从液体状态转变为固体状态的，所以他们还不能完全解释为什么这些材料的断裂点差异如此之大。”欧洲杯足球竞彩

根据Bouchbinder的说法，计算机模型也很难预测金属玻璃的破裂点，因为事件的时间尺度从微秒到秒有很大的变化。例如，研究人员可以在材料断裂之前弯曲或拉动材料几秒钟，这几乎是瞬间发生的。材料的内部塑性变形——它不可逆变形的过程发生在中间的时间尺度上。

“事实上，我们已经能够开发出一些数值方法来捕捉这些时间尺度上的差异，”Rycroft在谈到最近论文中使用的技术时说。

当Rycroft将这些方法纳入Bouchbinder的力学模型，并根据可用数据对其进行校准时，两人设法根据金属玻璃合金的制备过程模拟并更好地了解其断裂点。他指出，这个模型是相当独特的，因为它结合了新颖灵活的数值方法和对玻璃物理的最新见解。模拟还能够预测实验室实验中出现的韧性大幅下降。

“如果你能在计算机模型中改变金属玻璃的制备方式，并捕捉其破碎方式的差异，你就能对发生这种情况的原因提出合理的解释。”这可能也会让你更好地了解玻璃是如何从液体转变为固体的，以及玻璃的机械性能，”Rycroft说。“我们基本上创造了一种可能发展成为预测金属玻璃韧性的工具。”

“很长一段时间以来，我一直想计算金属玻璃的断裂韧性，但我知道这是一个非常艰巨的数学和计算挑战，肯定超出了我的能力，可能也超过了传统计算固体力学的能力，”Bouchbinder说。“我认为莱克罗夫特的方法开辟了一条通向新的可能性的道路，我很期待看到它能引领我们走向何方。”

来源:http://www.lbl.gov/