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为什么说非晶合金是一种多组元合金材料

在合金材料中,非晶合金(又称金属玻璃)是一类新型的多组元合金。它们有独特的无序原子结构、优异的力学和物理化学特性,吸引了材料科学和凝聚态物理等多个领域的关注。非晶合金既可以具有高达6.0GPa、比普通钢材高出15倍的强度(如Co基非晶合金),又可以像塑料一样进行超塑性加工。非晶合金的多组元特点提供了海量的元素配比,使得性能调控可以在极宽的成分范围实现,为非晶合金提供了广阔的应用场景。例如,软磁性能优异的铁基非晶合金已经广泛应用于变压器、高速电机等高附加值产品。然而,非晶合金的元素多样性所带来的成分复杂程度也严重阻碍了高性能新材料的设计和有效开发。60年来,全世界近百个研究组仅获得十多个可以大规模应用的非晶合金成分,大量具有特殊性能的非晶合金材料还没有被发现。

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对非晶合金而言,最重要、最基本的参量是非晶形成能力,因为它直接决定了某种合金成分能形成多大尺寸的完全非晶态材料并表现出非晶合金特有的性能。探索非晶形成能力强的合金体系一直是非晶合金领域的核心科学问题、关系到非晶合金工程应用的关键技术难题。但是非晶合金的形成过程涉及物理、化学、材料等多学科交叉基础问题和多体相互作用,其复杂性使得现有的理论和计算模拟尚不能精确预测合金成分。多年来,非晶合金的开发始终停留在传统的“试错法”阶段,探索过程低效、漫长,致使非晶合金的材料创新面临重大挑战和瓶颈。

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合金材料是基因工程是近年来以加速材料研究和材料探索为主要目标的新理念,其中的高通量实验是在海量样品中直接优选新材料、获取实验大数据的基本手段。在高通量实验中,组合制备能够实现系列样品的平行合成,结合结构和性能的高通量表征,合金材料基因工程可在短时间内筛选出具有预期特性的新材料,大幅提高新材料研发的效率。非晶合金材料的使用对这些行业来说非常重要,可以有效的提高这些行业发展水平,同时也可以为这些行业提供必要的非晶合金材料


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