利用扫描隧道显微镜研究金属非晶薄膜的结构及其热力学行为文献综述

 2022-11-18 16:25:11
  1. 文献综述

1.金属非晶

非晶态物质是复杂的多体相互作用体系,其基本特征是原子和电子结构复杂,微观结构长程无序,体系在能量上处在亚稳态,具有复杂的多重弛豫行为,其物理、化学和力学性质、特征及结构随时间演化。不稳定,随机性,不可逆是非晶物质的基本要素,自组织,复杂性,时间在非晶物质中起重要作用。复杂的非晶态物质有很多基本而独特的性质。非晶态物质的复杂性没有能阻挡住人们对它的兴趣和研究。现在人们把越来越多的目光从相对简单的有序物质体系关注到复杂相互作用的无序非晶体系。非晶态合金(又称金属玻璃)是50多年前偶然发现的一类新型非晶材料。非晶合金的发现极大地丰富了金属物理的研究内容,带动了非晶态物理和材料的蓬勃发展,把非晶物理研究推向凝聚态物理的前沿[29]

非晶合金又称金属玻璃是性能独特的一类玻璃,具有很多不同于传统玻璃材料的独特的性质。非晶合金材料也是偶然的产物。1959年,美国加州理工大学Duwez在研究晶体结构和化合价完全不同的两个元素能否形成固溶体时,偶然发现了Au-Si非晶合金[1-4]。半个世纪以来,非晶合金已经从当初被嘲笑为“愚蠢的合金”[5],发展成为今天航天、航空等高技术和高档手表、手机、手提电脑等时尚品争相选用的时尚材料。作为兼有玻璃、金属,固体和液体特性的新型金属材料,非晶合金是金属材料很多记录的“保持者”:比如,非晶合金是迄今为止发现的最强的金属材料和最软的金属材料之一(最强的Co基非晶合金的强度高达到创纪录的6.0GPa,最软的Sr基非晶合金的强度低至300MPa);非晶合金还是迄今为止发现的最强的穿甲材料,最容易加工成型的金属材料,最耐蚀的金属材料,最理想的微、纳米加工材料之一;非晶合金还具有很宽的成分调制范围、具有过冷液相区(软化区)、遗传、记忆、软磁、大磁熵和蓄冷效应等独特性能[6-13]

非晶合金之所以成为凝聚态物理和材料领域热点课题的重要原因是它们具有非常独特的性能和明显的缺陷。关于非晶合金的性能特点可概括如下:

(1)非晶合金具有创纪录的某些优异的物理、力学和化学性能,如非晶合金的强度、韧性、硬度、模量等都突破金属材料的记录[10,14];非晶合金是优良的

软磁、催化、耐磨材料[15,16]

(2)具有非常明显的缺陷.如脆性,形成能力差(晶体等其它材料没有突出的形成能力问题),不稳定等[10,15-18]

(3)同一成分的非晶物质存在不同的结构构型[19]。所以非晶的物理性质与其形成历史密切相关,可以通过时间、工艺条件等因素来调控;

(4)非晶合金形成成分范围宽,可以通过成分来调控其结构和性能;

(5)因为非晶是亚稳相,结构弛豫的原因使得非晶合金性能对服役条件如温度、压力、使用时间敏感。

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