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“基于材料基因工程研制出高溫塊體金屬玻璃”工作入選2019年度中國科學十大進展
發布時間:2020-02-27文章來源: 科技處

  2月27日,科技部高技術研究發展中心(基礎研究管理中心)發布2019年度中國科學十大進展,中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心(以下簡稱“物理所”)“基于材料基因工程研制出高溫塊體金屬玻璃”研究成果入選。

  中國科學十大進展遴選程序分為推薦、初選和終選三個環節?!吨袊A科學》、《科技導報》、《中國科學院院刊》、《中國科學基金》和《科學通報》5個編輯部協辦,邀請專家從推薦的科學進展中遴選出30項進入終選,得票數排名前10位的科學進展入選“2019年度中國科學十大進展”。入選2019年度中國科學十大進展的研究成果包括:探測到月幔物質出露的初步證據;構架出面向人工通用智能的異構芯片;提出基于DNA檢測酶調控的自身免疫疾病治療方案;破解藻類水下光合作用的蛋白結構和功能;基于材料基因工程研制出高溫塊體金屬玻璃;闡明銪離子對提升鈣鈦礦太陽能電池壽命的機理;青藏高原發現丹尼索瓦人;實現對引力誘導量子退相干模型的衛星檢驗;揭示非洲豬瘟病毒結構及其組裝機制;首次觀測到三維量子霍爾效應。該活動已連續舉辦15年,對于宣傳我國重大基礎研究科學進展,激勵廣大科技工作者的科學熱情和奉獻精神,開展基礎研究科普宣傳,促進公眾理解、關心和支持基礎研究,在全社會營造良好的科學氛圍有著重要意義。

  金屬玻璃有獨特的無序原子結構、優異的機械和物理化學特性,在能源、通訊、航天、國防等高技術領域有廣泛應用,是現代合金材料的重要組成部分。由于金屬玻璃在接近玻璃轉變溫度時會發生塑性流動,導致機械強度顯著降低,嚴重限制了它們的高溫應用。雖然目前已開發出玻璃轉變溫度大于1000K的金屬玻璃,但由于其過冷液相區(介于玻璃轉變溫度和結晶溫度之間的溫度區間)很窄,玻璃形成能力不足,導致熱塑成形性能很差,難以進行零部件加工。上述挑戰的關鍵在于金屬玻璃形成成分的合理設計,迄今為止發現的具有特定性能的金屬玻璃還主要是反復試驗和嘗試的結果。

  物理所柳延輝研究組與汪衛華研究員等合作者基于材料基因工程理念開發了具有高效性、無損性、易推廣等特點的高通量實驗方法,設計了一種Ir-Ni-Ta-(B)合金體系,獲得了高溫塊體金屬玻璃,其玻璃轉變溫度高達1162K。新研制的金屬玻璃在高溫下具有極高強度,1000K時的強度高達3.7千兆帕,遠遠超出此前報道的塊體金屬玻璃和傳統的高溫合金。該金屬玻璃的過冷液相區達136K,寬于此前報道的大多數金屬玻璃,其形成能力可達到3毫米,并使其可通過熱塑成形獲得在高溫或惡劣環境中應用的小尺度部件。該研究開發的高通量實驗方法具有很強的實用性,顛覆了金屬玻璃領域60年來“炒菜式”的材料研發模式,證實了材料基因工程在新材料研發中的有效性和高效率,為解決金屬玻璃新材料高效探索的難題開辟了新的途徑,也為新型高溫、高性能合金材料的設計提供了新的思路。

  物理所團隊長期從事非晶合金的研究,建設了包括組合材料制備、材料并行熱處理、合金成分高通量檢測、微結構快速表征、電阻高通量測量等實驗設備的實驗平臺,承擔了科技部重點研發計劃項目、國家自然科學基金委國家杰出青年科學基金項目等國家級項目。團隊在 Science、 Nature、Nature Mater.等期刊上發表300多篇論文,他引30000多次,授權專利20多項。團隊在非晶合金研究方面的成果分別被選為2005年度和2007年度中國基礎研究十大新聞,曾獲2009年中國物理學會周培源獎,先后獲得2010、2019年國家自然科學二等獎。


基于材料基因工程研制的高溫塊體金屬玻璃示意圖


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