福耀科技大學和浙江大學蔣建中、王曉東團隊在Small期刊發表題為“Unveiling the Structural Origins of Dynamic Diversity in Pd-Based Metallic Glasses”的研究論文，福耀科技大學（暫名）蔣建中教授、浙江大學王曉東副教授為論文共同通訊作者。
論文連結：
https://doi.org/10.1002/smll.202309331
該研究報道了兩種具有顯著不同β弛豫行為的鈀基Pd-Cu-P和Pd-Ni-P金屬玻璃，並透過先進的X射線光子相關光譜、吸收精細結構技術以及第一性原理計算揭示了這種差異的結構起源。Pd-Cu-P金屬玻璃中顯著的β弛豫及快速的原子動力學主要來源於Cu原子的高遷移性及其區域性優選結構。相比之下，Pd-Ni-P金屬玻璃中，Ni原子的運動受到P原子的約束，導致β弛豫峰的減弱以及較為緩慢的動力學。原子動力學與微觀結構的關聯為理解不同動力學行為的結構起源以及無序材料老化的本質提供了新的途徑。
在本研究中，選擇了鈀（Pd）基金屬玻璃作為研究物件，主要基於以下幾點考慮：(1) Pd基金屬玻璃具有較高的玻璃化轉變溫度（
Tg），是研究Tg以下弛豫動力學的理想模型體系；(2) Pd基金屬玻璃具有優異的耐腐蝕性和耐氧化性，研究其弛豫動力學有助於理解金屬玻璃的抗老化效能及穩定性；(3)儘管Pd基金屬玻璃體系表現出較高的玻璃形成能力，但在金屬-類金屬金屬玻璃中，動力學與結構的關聯尚未完全建立。因此，作者選擇了Pd40Cu40P20和Pd40Ni40P20金屬玻璃作為兩個研究體系，研究其β弛豫行為的結構起源。研究發現，小的類金屬原子與大的金屬原子之間的“complex and selective”的鍵合能夠顯著改變其原子堆積結構，從而影響其原子動力學行為。這個研究結果為理解金屬玻璃的結構-動力學關係提供了新的見解。
圖1. 鈀（Pd）基金屬玻璃的製備與表徵。a) 研究中的金屬玻璃製備過程的示意圖。b) 鑄態Pd40Cu40P20和Pd40Ni40P20金屬玻璃的動態力學分析，測試頻率為1 Hz，升溫速率為3 K/min。c) 兩種合金在20 K/min升溫速率下的DSC曲線。d) 兩種合金的靜態結構因子
Sq)。e) 兩種合金的對分佈函式Gr)。f) 和g) 為兩種合金的高分辨透射電子顯微鏡影象及選區電子衍射圖：f) Pd40Cu40P20，g) Pd40Ni40P20。h) XPCS 實驗在約0.83Tg下測得的Pd40Cu40P20和Pd40Ni40P20金屬玻璃的歸一化強度相關函式。i) 和 j) 為h中對應的時間相關函式曲線。
圖2. a) Pd40Cu40P20和Pd40Ni40P20金屬玻璃中Pd的k²加權K邊吸收譜傅立葉變換譜圖。b) Pd40Cu40P20和Pd40Ni40P20金屬玻璃中Cu/Ni的k²加權K邊吸收譜傅立葉變換譜圖。c) Pd40Cu40P20和Pd40Ni40P20金屬玻璃中P的k²加權K邊吸收譜傅立葉變換譜圖。d-i) 在 300 K 下，Pd40Cu40P20和Pd40Ni40P20金屬玻璃的區域性對分佈函式gij。
圖3. a) Pd40Cu40P20和Pd40Ni40P20金屬玻璃在300 K下的整體Voronoi多面體分佈。b) Pd40Cu40P20和Pd40Ni40P20金屬玻璃在300 K下隨時間變化的總均方位移。c-f) 兩個體系在各自0.83
Tg溫度下的Voronoi多面體分佈，其中c為整體結果，d-f區分了原子型別。g) 兩個體系在各自0.83Tg溫度下的總均方位移隨弛豫時間的變化。h) 兩個體系在各自0.83Tg溫度下的Fq,t)隨弛豫時間的變化。i) 兩個合金體系中Pd、Cu、Ni、P原子的均方位移。
圖4. 動力學變化引起的結構挫折和重構。a-d) 在各自0.83
Tg溫度下，隨著
圖5. 鍵長與原子體積的相關性。a) 所有Cu和Ni原子的鍵長和原子體積的整體分佈。b) 僅可運動原子的鍵長和原子體積分佈。c) 所有Cu和Ni原子的區域性鍵長和原子體積的分佈。d) 僅可運動原子的區域性鍵長和原子體積分佈。
總之，透過結合動態力學分析（DMA）、高能同步輻射XPCS、EXAFS技術以及第一性原理計算，系統地研究了Pd40Cu40P20和Pd40Ni40P20金屬玻璃中的結構-動力學關係。作者觀察到，在Pd40Cu40P20金屬玻璃中，顯著的β弛豫峰伴隨著快速的整體原子動力學行為，而這與Pd40Ni40P20金屬玻璃形成鮮明對比。儘管兩種金屬玻璃的宏觀靜態結構相似，但在區域性上，Pd40Cu40P20金屬玻璃中，P原子傾向於與Pd原子鍵合，而Cu原子受到的束縛較少，增強了其移動性，加速了整體的動力學行為。相比之下，在Pd40Ni40P20金屬玻璃中，大量P原子聚集在Ni原子周圍，而在Pd原子周圍的P原子較少。由於Pd原子體積較大，難以移動，而P原子束縛了Ni原子的移動性，導致整個系統的動力學較為緩慢。透過對Cu和Ni原子周圍最近鄰結構的分析發現，在Pd40Cu40P20金屬玻璃中，可動的Cu原子區域性結構的Pd:Cu:P比例（2:2:1）與合金的整體成分比例幾乎相同，而在Pd40Ni40P20金屬玻璃中，Ni原子的區域性結構從靜態（Pd:Ni:P=2:2:1）到可動狀態（Pd:Ni:P=1:2:1）需要經歷較大的結構變化，這阻礙了Ni原子的移動性，從而減緩了整個系統的動力學行為。
作者簡介
蔣建中教授，2024年-至今福耀科技大學材料科學與工程學院院長，博士生導師。2004年加盟浙江大學材料學院任教授、博導並榮獲國家自然科學傑出青年基金；2006年榮獲教育部長江學者特聘教授；2009年獲教育部高校優秀科研成果自然科學一等獎（第一完成人）；2011年擔任科技部973專案首席科學家；2012年培養了一篇全國百篇優秀博士學位論文；2014年入選國家“百千萬工程”；2016年獲得國務院特殊津貼。曾負責主持科技部國家重點研發專案、973和863專案、國家自然科學基金委重大、重點、面上和主任基金專案，中德重大國際合作專案，浙江省科技廳重大、重點等專案。主要研究方向：金屬液體、塊體金屬玻璃、金屬玻璃薄膜、同步輻射技術、高熵合金和相變等。在國際期刊
ScienceProgress in Material ScienceAdvanced MaterialsScience AdvancesMatterNature CommunicationsNano LettersPNASPRLJACSAdvanced Functional MaterialsActa MaterialiaScientific ReportsAPLPRB等發表論文500餘篇，H因子71，引用超過2萬次。他是美國內華達裡諾大學、日本東北大學、德國烏爾姆大學、德國DESY同步輻射國家實驗室、澳大利亞新西南威爾士大學、中國科技大學、廈門大學等高校兼任教授或研究員。
王曉東，浙江大學副教授，博士生導師，長期從事大塊金屬玻璃、銅合金、鈦合金的合金設計，相變，微觀結構與宏觀效能的研究。利用先進的同步輻射技術研究材料的微觀結構。發表SCI論文200多篇，包括
Advanced MaterialsMatterPNASPRLSmallActa MaterialiaMaterials Today PhysicsJPCLAPLPRB等等。科研成果獲得教育部自然科學一等獎和浙江省自然科學二等獎各一項。主要研究方向：（1）金屬玻璃、金屬液體的原子結構及其結構轉變；（2）無序合金中的原子動力學；（3）先進合金材料的設計及其結構效能關係；（4）先進同步輻射技術和理論計算方法在無序合金中的應用。
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。感謝論文作者團隊支援。
