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文章题目：Optimizing stress impedance and medium-range ordered structure in Fe46.6Mo8.7Cr24.6B9.5C10Si0.6 amorphous alloy through tailored annealing treatment
第一作者：顾尧、赵一鸣
通讯作者：兰司、朱贺
通讯单位：南京理工大学
DOI：10.20517/microstructures.2024.05
图片摘要
原子联通模式变化与应力阻抗宏观响应的关联机制
01
背景介绍
非晶合金因其独特物理化学性质备受关注，原子无序性带来低矫顽力等软磁特性，在先进传感器等领域日益重要。本研究中涉及的非晶合金及其相关技术在多个领域具有广泛的应用潜力，如非晶合金的应力阻抗特性可用于开发高精度的应力传感器，部署在地震活跃区域的建筑物、桥梁、山体等关键结构中。
非晶合金中的应力阻抗效应具体表现为机械应力与磁性能之间的相互作用，然而应力阻抗比的实际表现（＜300%）远低于理论值（大于750%），其在原子尺度上的机制目前也尚未得到充分探索。人们通过多种方法改善应力阻抗性能，如引入纳米晶体、在玻璃转化温度（Tg）附近退火等，但非晶合金中短程有序结构与应力阻抗效应的相关性仍有待研究。在此背景下，本研究开展相关工作，通过在玻璃转化温度（Tg）附近的退火处理，显著提升了 Fe46.6Mo8.7Cr24.6B9.5C10Si0.6非晶合金的拉应力阻抗比以及Fe46.6Mo8.7Cr24.6B9.5C10Si0.6非晶合金粉末/硅橡胶复合薄膜的超高灵敏度，并借助高能同步辐射 X 射线径向分布函数技术，明确了应力阻抗性能与非晶合金中程有序结构间的强关联，揭示边共享原子团簇连通模式的关键作用。
02
文章简介
本研究通过精确的退火处理，在玻璃化转变温度（Tg）附近优化Fe46.6Mo8.7Cr24.6B9.5C10Si0.6非晶合金的应力阻抗性能。利用高能同步辐射X射线散射技术，揭示了应力阻抗性能与非晶合金中程有序结构之间的强关联性。研究发现，增加边共享原子连通模式在提高应力阻抗性能上起到了关键作用。此外，研究还制备了将非晶合金与硅橡胶结合的复合薄膜，其灵敏度显著优于传统非晶合金带材(706.10 MPa-1 vs. 32.93 MPa-1) 。这项研究不仅为非晶合金应力阻抗的原子尺度机制提供了重要参考，还提出了一种具有潜力的退火策略，可能在先进传感技术中开辟新途径。
图 1 Fe46.6Mo8.7Cr24.6B9.5C10Si0.6非晶合金带材的差示扫描量热法（DSC）曲线及不同温度下退火样品的结构因子 S (Q)
图 2 不同温度退火的 Fe-Cr-Mi-So-Si-B-C非晶合金带材的应力阻抗
图 3 Fe-Cr-Mi-So-Si-B-C非晶合金带材的对分布函数（PDF）分析结果，结构熵和应力阻抗随温度的一致变化进一步证明了非晶合金中原子有序度与应力阻抗性能之间的强关联
图 4 不同退火温度样品短程序到中程序尺度实空间结构分析结果
图 5 相同成分的非晶粉末与硅橡胶机械混合制备的复合薄膜应力阻抗比随铸态非晶粉末含量的变化
03
结论与展望
基金支持
本研究得到国家自然基金和科技部重点项目支持。
通讯作者简介
兰司，南京理工大学材料学院教授，副院长、博导、江苏省高校先进纳米结构与功能材料重点实验室主任、国家级科技创新高层次领军人才、国家基金委优青、江苏省杰青。长期聚焦于亚稳态非晶/高熵合金结构与相变机制、亚稳材料微纳结构构筑、中子与同步辐射等相关领域的研究工作。主持国家级及省部级项目11项。在国际权威杂志 Nat. Mater.、Nat. Catal.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Acta Mater.、Phys. Rev. Lett. 等发表 SCI 论文 170 余篇。申请国家发明专利34项，授权12项。
朱贺，南京理工大学材料学院教授，博导，国家级海外青年人才、江苏特聘教授。长期从事亚稳态材料的结构调控及其在电化学功能应用研究。已发表学术论文80余篇，包括以第一/通讯作者在Nature Energy、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew Chem、Adv. Energy Mater.等高影响力期刊发表论文32余篇，包括影响因子>10文章23篇，ESI前1%高被引论文7篇，H因子34。主持国家级高层次青年人才项目、国家自然科学基金面上项目等国家级/省部级项5项。担任中国晶体学会固体局域结构专委会委员，《Chinese Chemical Letters》（中科院一区）学术编委，《Microstructures》、《Carbon Carbon Neutralization》青年编委等。
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Microstructures [ISSN 2770-2995(Online)]是一本金色开放获取，严格同行评议的国际学术期刊，目前已被ESCI, Scopus, CAS, Dimensions, Lens, CNKI等重要数据库收录。刊文范围包括从微观尺度到原子尺度，面向终端用户的应用程序的设计、制造、建模、表征、测试和评估，涵盖但不限于金属和合金、陶瓷、聚合物、复合材料、晶体、玻璃、生物材料、界面和纳米材料等。自2021年正式创刊以来，共计发表4卷12期，132篇文章，Google总引用832次，篇均引6.2次，i 10指数31（google数据）。其中Web of Science数据库总引用600余次。
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