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“基于材料基因工程研制出高温块体金属玻璃”工作入选2019年度中国科学十大进展
发布时间:2020-02-27文章来源: 科技处

  2月27日,科技部高技术研究发展中心(基础研究管理中心)发布2019年度中国科学十大进展,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心(以下简称“物理所”)“基于材料基因工程研制出高温块体金属玻璃”研究成果入选。

  中国科学十大进展遴选程序分为推荐、初选和终选三个环节。《中国基础科学》、《科技导报》、《中国科学院院刊》、《中国科学基金》和《科学通报》5个编辑部协办,邀请专家从推荐的科学进展中遴选出30项进入终选,得票数排名前10位的科学进展入选“2019年度中国科学十大进展”。入选2019年度中国科学十大进展的研究成果包括:探测到月幔物质出露的初步证据;构架出面向人工通用智能的异构芯片;提出基于DNA检测酶调控的自身免疫疾病治疗方案;破解藻类水下光合作用的蛋白结构和功能;基于材料基因工程研制出高温块体金属玻璃;阐明铕离子对提升钙钛矿太阳能电池寿命的机理;青藏高原发现丹尼索瓦人;实现对引力诱导量子退相干模型的卫星检验;揭示非洲猪瘟病毒结构及其组装机制;首次观测到三维量子霍尔效应。该活动已连续举办15年,对于宣传我国重大基础研究科学进展,激励广大科技工作者的科学热情和奉献精神,开展基础研究科普宣传,促进公众理解、关心和支持基础研究,在全社会营造良好的科学氛围有着重要意义。

  金属玻璃有独特的无序原子结构、优异的机械和物理化学特性,在能源、通讯、航天、国防等高技术领域有广泛应用,是现代合金材料的重要组成部分。由于金属玻璃在接近玻璃转变温度时会发生塑性流动,导致机械强度显著降低,严重限制了它们的高温应用。虽然目前已开发出玻璃转变温度大于1000K的金属玻璃,但由于其过冷液相区(介于玻璃转变温度和结晶温度之间的温度区间)很窄,玻璃形成能力不足,导致热塑成形性能很差,难以进行零部件加工。上述挑战的关键在于金属玻璃形成成分的合理设计,迄今为止发现的具有特定性能的金属玻璃还主要是反复试验和尝试的结果。

  物理所柳延辉研究组与汪卫华研究员等合作者基于材料基因工程理念开发了具有高效性、无损性、易推广等特点的高通量实验方法,设计了一种Ir-Ni-Ta-(B)合金体系,获得了高温块体金属玻璃,其玻璃转变温度高达1162K。新研制的金属玻璃在高温下具有极高强度,1000K时的强度高达3.7千兆帕,远远超出此前报道的块体金属玻璃和传统的高温合金。该金属玻璃的过冷液相区达136K,宽于此前报道的大多数金属玻璃,其形成能力可达到3毫米,并使其可通过热塑成形获得在高温或恶劣环境中应用的小尺度部件。该研究开发的高通量实验方法具有很强的实用性,颠覆了金属玻璃领域60年来“炒菜式”的材料研发模式,证实了材料基因工程在新材料研发中的有效性和高效率,为解决金属玻璃新材料高效探索的难题开辟了新的途径,也为新型高温、高性能合金材料的设计提供了新的思路。

  物理所团队长期从事非晶合金的研究,建设了包括组合材料制备、材料并行热处理、合金成分高通量检测、微结构快速表征、电阻高通量测量等实验设备的实验平台,承担了科技部重点研发计划项目、国家自然科学基金委国家杰出青年科学基金项目等国家级项目。团队在 Science、 Nature、Nature Mater.等期刊上发表300多篇论文,他引30000多次,授权专利20多项。团队在非晶合金研究方面的成果分别被选为2005年度和2007年度中国基础研究十大新闻,曾获2009年中国物理学会周培源奖,先后获得2010、2019年国家自然科学二等奖。


基于材料基因工程研制的高温块体金属玻璃示意图


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