责编 明 秋
校对 媛 媛
审发 祁 萍
图片来源：非晶中国大数据库
近年来，金属玻璃（MGs）由于其出色的热塑性，超高的强度和硬度以及优异的催化活性和耐腐蚀性等受到广泛关注。然而，与其他玻璃形成体系（如氧化物玻璃）相比，金属玻璃表现出相对较差的热稳定性，呈现较窄的过冷液相区（SLR），通常小于100K。由于热稳定性的限制，金属玻璃在热加工过程中容易发生严重的结构变化（如结晶），限制了其大规模应用。
当金属玻璃的尺寸缩小至纳米尺度时，表面的影响变得至关重要，金属玻璃的某些性能会得到显著提升，如延展性、电催化活性以及超弹性。然而，纳米结构的大表面积-体积比对金属玻璃的结构稳定性提出了更大的挑战。例如，金属玻璃表面异质成核的活化能明显低于内部均质成核的活化能，使金属玻璃表面更容易晶化。此外，金属玻璃纳米结构在大气环境条件下更容易氧化，进而对其形成能力和其它性能造成危害。
近日，松山湖材料实验室非晶材料团队柯海波研究员和汪卫华院士联合香港城市大学杨勇教授和北京计算科学研究中心管鹏飞教授制备了具有卓越的热稳定性和超长的过冷液相区的金属玻璃的自支撑非晶态纳米薄膜。相关研究成果以“Oxide-Metal Hybrid Glass Nanomembranes with Exceptional Thermal Stability”为题在Nano Letters 上发表。
研究人员基于聚合物表面屈曲剥离 (PSBEE) 技术制备金属玻璃Zr70Cu30薄膜，在沉积过程中形成独特的纳米级双相联通结构，其中含量较多的锆因为较高的氧亲和力，形成了氧化物网络，将主要为金属态的富铜区域封装在内部。运用基于人工智能算法开发的高精度机器学习势函数，构建了具不同氧化物网络结构的非晶态结构，并对其材料热力学性质等进行系统的计算模拟研究，发现该薄膜接近室温的玻璃转变温度（约324K）源自非晶态富铜区域的固液转变，而纳米尺度的氧化物网络可以显著抑制过冷液态富铜区域的结晶形核与长大，使得该薄膜呈现出超900K的晶化温度，即卓越的热稳定性和超长的过冷液相区。此外，该类薄膜具有较低的弹性模量，并在原子力显微镜的探针下压后出现类似于粘性流动的行为，在形变过程中使得阻力维持不变，与常规的Zr70Cu30金属玻璃薄膜的脆性断裂形成明显对比，具有超高的室温塑形。此类金属玻璃薄膜独特的热力学和机械特性使其与热塑性成型技术（例如纳米压印）高度兼容，因此在纳米电子和微机电系统等新兴领域具有巨大的应用潜力。
该工作得到了国家重点研发计划、国家基金委杰出青年科学基金、地区联合基金及广东省基础与应用基础研究重大项目等的资助。
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