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洪恒飛 高曉靜 科技日報記者 江耘
9日，記者從中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所獲悉，該所非晶合金磁電功能特性研究團(tuán)隊探測到了玻璃態(tài)材料的弛豫運(yùn)動基本單元——弛豫子，即在退火工藝中調(diào)控玻璃材料性能的“基本參數(shù)”，這對理解玻璃態(tài)本質(zhì)、改善玻璃性能具有重要意義。研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《美國國家科學(xué)院院刊》上。
玻璃態(tài)材料一般分為金屬玻璃、氧化物玻璃、有機(jī)玻璃等，在應(yīng)用之前需要進(jìn)行退火，通過緩慢冷卻消除加熱歷史對玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響。從動力學(xué)角度而言，退火使玻璃內(nèi)部能量由高到低的過程被稱作弛豫。由于玻璃態(tài)材料能量狀態(tài)豐富，存在多種弛豫模式，且不同弛豫模式之間存在耦合和記憶效應(yīng)，缺乏精準(zhǔn)調(diào)控的理論和方法，限制了高性能玻璃態(tài)材料的研發(fā)進(jìn)程。
論文在線發(fā)表截圖 科研人員供圖
團(tuán)隊負(fù)責(zé)人王軍強(qiáng)研究員介紹，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)α弛豫、β弛豫、γ弛豫等弛豫模式，它們在調(diào)控玻璃材料的硬度、塑性、磁性等不同性能方面各有側(cè)重。有一種理論認(rèn)為，好比一道陽光有不同波長的光譜，弛豫模式也由具有不同頻率的基本單元組成，不同頻率的基本單元反映了玻璃結(jié)構(gòu)的不均勻性，但這一理論缺少直接的實驗證據(jù)。
研究團(tuán)隊利用高精度閃速差示掃描量熱儀研究了多種玻璃態(tài)材料在不同退火溫度和退火時間下的熱流變化，發(fā)現(xiàn)不同溫度或弛豫時間的熱流弛豫峰與晶體中的聲子一樣，符合德拜方程，他們稱之為弛豫子（relaxun）。而且這些弛豫子譜線的疊加輪廓與力學(xué)弛豫譜線具有一致性，表明寬泛的譜峰確實來自獨(dú)立弛豫單元譜的疊加。
談及這項成果的應(yīng)用前景，王軍強(qiáng)打了個比方：“將玻璃材料的研制比作拍照，以往可以從人像模式、風(fēng)景模式、微距模式等幾大類里挑，現(xiàn)在基于新發(fā)現(xiàn)的弛豫基本單元，就可以單獨(dú)控制快門、光圈、焦距、感光度等精細(xì)參數(shù)，克服原有弛豫模式存在的局限性，精準(zhǔn)調(diào)控調(diào)節(jié)玻璃的性能。”
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