物理地点玻璃质料断裂的空穴失稳机制研究中取得希望 ...

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原标题：物理地点玻璃质料断裂的空穴失稳机制研究中取得希望

脆性是玻璃的突出特性之一，劫难性的脆性断裂制约了玻璃更广泛的应用。研究玻璃失稳断裂机理有助于玻璃自身力学性能的优化，并对熟悉无序体系的力学失稳提供科学引导。传统玻璃态质料（如氧化物玻璃）被以为是抱负的脆性质料，根据经典的固体断裂力学理论，其脆性断裂是通过原子键的依次断裂举行，不发生原子的塑性活动。然而，比年来很多研究提出，传统脆性玻璃有大概在微观标准上发生塑性活动的观点。关于玻璃断裂时可否发生塑性变形是学术界恒久争议的根本科学题目。

金属玻璃（又称非晶合金）具有优秀的力学性能，是研究玻璃态质料失稳断裂的模子体系。金属玻璃断裂外貌上可以出现出丰富的、多标准的图案特性。比年来，科研职员在很多金属玻璃的断面上发现了纳米标准的周期性条纹。对这些断面特性的研究挑衅了传统断裂理论的熟悉，并展现出阔别均衡态的无序固体体系力学失稳的复杂性和有序性。断面图案特性的形成和裂纹在玻璃固体中的形成和扩展过程密切相干。但触发劫难性脆断的裂纹怎样劈头、扩展，已经成为非晶态物理和质料范畴内亟需答复的根天性题目之一。现在，大量的理论和模仿工作预言了金属玻璃断裂过程中的空穴（cavitation）举动，意识到空穴形成大概是主导金属玻璃乃至其他非晶体系失稳断裂的潜伏机制。空穴化或孔洞聚集是塑性质料延性断裂的典范特性，但是否存在于以金属玻璃为代表的玻璃态质料的宏观脆性断裂中尚未得到确切的实行证明。

中国科学院物理研究所/北京凝结态物理国家研究中央极度条件物理重点实行室博士生沈来权（现为松山湖质料实行室博士后）在研究员白海洋、副研究员孙保安和中科院院士、研究员汪卫华的团结引导下，初次实行证明了玻璃质料断裂的空穴失稳机制。基于自主计划的倾斜压痕断裂方法，联合原子力显微技能实现了对金属玻璃裂纹扩展的高精度丈量，在国际上初次实行观测到金属玻璃裂纹尖端的空穴化，展现出空穴主导的裂纹扩展机制，出现了以纳米孔洞形核、长大、毗连有序举行的裂纹扩展方式（图1）。别的，实行给出了裂纹形貌由离散的孔洞到周期性纳米升沉布局的演化过程（图2），分析了金属玻璃断裂外貌上观察到的周期性纳米条纹形貌的劈头，即断裂过程中有序举行的空穴举动。进一步的观测发现，对于典范的高分子玻璃（塑料）和氧化物玻璃（二氧化硅）均可体现出空穴失稳诱导的断面周期性纳米布局（图3），阐明差别玻璃体系断裂举动的共性和空穴失稳机制的广泛性。研究展现的隐蔽在玻璃劫难性断裂下的纳米空穴化征象澄清了学术界的恒久争议，明白了玻璃质料宏观脆性断裂过程中纳米标准塑性活动的存在。

玻璃断裂空穴举动的发现，为明白非晶态质料等无序复杂体系的力学失稳奠基了实行底子，并为优化计划玻璃质料的力学性能提供了新思绪。

相干研究结果在线发表在Science Advances上。沈来权为论文第一作者，白海洋和孙保安为论文共同通讯作者。研究工作得到中科院战略性先导科技专项、国家天然科学基金、国家重点研发筹划和广东省天然科学基金等的支持。

论文链接

http://advances.sciencemag.org/content/7/14/eabf7293

睁开全文

图1.金属玻璃中空穴主导的裂纹扩展机制。裂纹扩展以纳米孔洞的形核、长大、毗连有序举行。

图2.裂纹形貌由分立纳米孔洞到周期性纳米升沉布局的演化。

图3.高分子玻璃和氧化物玻璃中空穴举动诱导的断面周期性纳米布局图案。

泉源： 物理研究所返回搜狐，检察更多

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