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首次!松山湖材料实验室研究成果入选“中国科学十大进展”

2月27日,科学技术部高技术研究发展中心(基础研究管理中心)发布了“2019年度中国科学十大进展”。松山湖材料实验室主任汪卫华院士团队,实验室全职博士后李明星、双聘研究员柳延辉的研究成果“基于材料基因工程研制出高温块体金属玻璃”入选其中。

首次!松山湖材料实验室研究成果入选“中国科学十大进展”

相关工作于2019年5月发表在《Nature》杂志上,题为High-temperature bulk metallic glasses developed by combinatorial methods。

首次!松山湖材料实验室研究成果入选“中国科学十大进展”

据悉,这是该实验室的研究成果首次入选国家级“十大”科学进展。研究团队采用材料基因工程理念开发了独特的高通量实验方法,实现非晶合金的快速筛选,研制出高温高强非晶合金材料新体系。

论文中称,自从19601年被发现以来,研究人员们已经开发出了基于多种元素的金属玻璃。然而,玻璃形成成分的理论预测具有挑战性,迄今为止,发现具有特定性能的合金很大程度上是反复试验的结果。块状金属玻璃的强度和弹性可超过常规结构合金,但这些玻璃的机械性能在很大程度上取决于玻璃化转变温度。在接近玻璃化转变的温度下,大块金属玻璃经历塑性流动,导致准静态强度大大降低。此前已有机构开发出玻璃化转变温度大于1,000开尔文的大块金属玻璃,但是过冷的液体区域(在玻璃化转变和结晶温度之间)狭窄,导致热塑性成型性非常小,这限制了它们的实际适用性。

论文中报告了铱/镍/钽金属玻璃(以及其他也含硼的金属玻璃)的设计,其玻璃化转变温度高达1,162开尔文,过冷液体区域为136开尔文,比大多数现有金属玻璃要宽。与现有合金相比,此次研发出的Ir-Ni-Ta-(B)玻璃在高温下表现出高强度:在1,000开尔文温度下为3.7吉帕斯卡9,13。其玻璃成型能力的特点是临界铸造厚度为三毫米,这表明通过热塑性成型可以轻松获得用于高温或恶劣环境的小规模零件。

为了识别感兴趣的特性合金,该团队利用简化的组合方法,并充分考虑了先前报道的玻璃形成能力和电阻率之间的相关性。这种方法是非破坏性的,可以在同一样品库上进行一系列物理性能的后续测试。该研究的设计和发现方法的实用性,以鉴定高强度、高温块状金属玻璃为例,预示着可以发现具有令人兴奋特性的其他玻璃态合金。

2019年度中国科学十大进展分别为:

1)探测到月幔物质出露的初步证据

2)构架出面向人工通用智能的异构芯片

3)提出基于DNA检测酶调控的自身免疫疾病治疗方案

4)破解藻类水下光合作用的蛋白结构和功能

5)基于材料基因工程研制出高温块体金属玻璃

6)阐明铕离子对提升钙钛矿太阳能电池寿命的机理

7)青藏高原发现丹尼索瓦人

8)实现对引力诱导量子退相干模型的卫星检验

9)揭示非洲猪瘟病毒结构及其组装机制

10)首次观测到三维量子霍尔效应

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