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美国能源部/劳伦斯伯克利国家实验室伯克利实验室研究员开发的数学方法有助于解释为什么液态金属具有截然不同的断裂点,这取决于它们的制造方式金属玻璃合金(或液态金属)的强度是最好的工业钢的三倍,但是可以像塑料一样轻松地塑造成复杂的形状这些材料具有很高的抗划伤,凹陷,破碎和腐蚀性能到目前为止,它们已经被用于从高尔夫球杆到飞机部件的各种产品中

一些智能手机制造商甚至希望将他们的下一代手机外壳投入使用但是尽管它们具有潜力,但这些物质的机械性能仍然是一个科学的谜团一个挥之不去的问题是为什么它们具有如此截然不同的韧性和断裂点,这取决于它们是如何制造的

对于像智能手机外壳这样的小应用程序来说,这可能不是一个巨大的问题这些材料曾用于需要支持大负载的结构应用中最近,劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)计算研究部门的Christopher Rycroft开发了一些新颖的计算技术来解决这个问题当Rycroft将这些技术与由Eran Bouchbinder及其同事在以色列Weizmann研究所开发的金属玻璃机械模型,两者能够提出金属玻璃断裂点大变化背后物理过程的新解释

他们的结果也与实验室实验定性一致“我们希望这项工作有助于理解金属玻璃,并有助于它们在实际应用中的应用

最后,我们希望开发一种能够根据其制备方法对金属玻璃的韧性进行定量预测的工具,” Rycroft说Rycroft和Bouchbinder是最近发表在Physical Review Letters什么是金属玻璃的论文的合着者

而且,为什么很难建模

科学家将“玻璃”定义为从液态冷却到固态而不结晶的材料 - 当原子沉积成晶格时,或者高度规则的空间图案因为许多金属晶格充满缺陷,这些材料“变形” ,或者永久弯曲变形,相对容易当没有发生结晶时,原子沉淀成随机排列这种原子结构使金属玻璃能够弹回形状而不是永久变形而且没有缺陷,一些金属玻璃也具有极高的效率磁性Rycroft指出,凝聚态物理学中最大的谜团之一就是玻璃从液态转变为固态

为了成功制造金属玻璃,金属必须在原子晶格形成之前相对快速地冷却“取决于你如何准备或操纵这些金属眼镜,断裂点可以相差10倍,“Rycroft说道由于科学家们并不完全了解玻璃如何从液态转变为固态,他们无法完全解释为什么这些材料的断裂点变化如此广泛“根据Bouchbinder,计算机模型也难以预测断裂点金属玻璃因为事件的时间尺度变化很大 - 从微秒到秒例如,研究人员可以在材料破裂之前弯曲或拉动材料几秒钟,这几乎是瞬间发生的和材料的内部塑性变形 - 它不可逆转地变形的过程 - 发生在中间时间尺度上“我们实际上已经能够开发一些数值方法来捕捉时间尺度上的这些差异,”Rycroft说,最近的论文中使用的技术当Rycroft将这些方法结合到Bouchbinder的机械模型中并基于它进行校准时可用的数据,二人设法模拟和更好地理解基于其制备工艺的金属玻璃合金的断裂点他指出,这种模型相当独特,因为它结合了新颖灵活的数值方法和最近对玻璃物理学的见解

模拟也能够预测韧性的大幅下降

在实验室实验中看到 “如果你可以改变金属玻璃在计算机模型中的准备方式并捕捉它的断裂方式的差异,你可以对这种情况发生的原因提出合理的解释

这也可以让你更好地了解玻璃如何从液体转变为Rycroft说:“我们基本上创造了一种可以预测金属玻璃韧性的工具”“很长一段时间我都想计算断裂金属玻璃的韧性,但知道这是一个非常艰难的数学和计算挑战,当然远高于我的能力,可能高于传统计算固体力学的能力,“Bouchbinder说”我认为Rycroft的方法已经开辟了新的方式可能性和我热情地看到这可以引导我们“ - 在网上: