通过胶体和金属系统研究超细多晶到无序玻璃态过度区
项目统筹者：韩一龙教授
院校名称：香港科技大学

项目摘要

晶体和玻璃（即无定形固体）是固体的两种基本形式，已经分别研究了数十年。在这项研究中，我们将研究两种固体的交叉态来连接两个领域，即（1）超细晶粒的多晶和（2）晶体-非晶复合物。这两种类型的材料具有独特的性能，但是制备难度大，固体内原子的运动也无法测量，因此对机理的了解很少。我们将通过使用胶体，颗粒和金属合金来克服这些困难。

对于第一类晶体-玻璃交叉态，即超细多晶，我们的初步模拟揭示了一种新颖的制造方法，即压缩由软粒子和硬粒子组成的多晶体。我们将使用新型胶体首次实验制备这种压缩导致的超细多晶，并研究其形成动力学和机理。这项工作可以指导原子系统中超细多晶的制备。

最近我们用金属制备出第二类交叉态，即晶体-非晶态复合材料，包括新型NiTi超级合金，它具有非凡的性能，例如抗疲劳寿命创世界纪录。我们将改进制造配方，以进一步提高合金性能。制备晶态-非晶态复合材料主要靠经验性尝试，而对其微观形成过程和机理了解甚少。我们将对胶体和颗粒组成的复合材料施加压缩或剪切，首次在单粒子精度上研究这些问题。

微米胶体粒子及其热运动可以在光学显微镜下看到，甚至可以看到晶体或玻璃态内部，所以是一类有力的模型系统，不仅可提供晶体和玻璃态的重要微观信息，而且能提供有关多晶-玻璃态过渡材料的信息。另外，厘米大小的颗粒也是玻璃态研究中的一类模型系统，但以往很少被用在多晶研究中。我们将用胶体和颗粒制备晶体-玻璃态复合材料，其结构可设计调控，这在原子系统中很难做到。

这项工作将为理解晶体-玻璃态过渡区域的基本问题开辟新的途径，例如结构和缺陷运动如何影响材料性能。此外，我们将研究多晶和玻璃的一些经典结果是否在它们的交叉材料中仍然成立。本研究通过实验，模拟和理论建模，将金属的宏观特性与胶体的微观动力学联系起来，对基础材料科学和工程材料制备很有意义。该结果对于理解异常材料特性的机理，以及指导超金属纳米晶体和复合材料的制造很有帮助。