我研究团队发现玻璃材料性能调控“基本参数”

9日，记者从中国科学院宁波材料技术与工程研究所获悉，该所非晶合金磁电功能特性研究团队探测到了玻璃态材料的弛豫运动基本单元——弛豫子，即在退火工艺中调控玻璃材料性能的“基本参数”，这对理解玻璃态本质、改善玻璃性能具有重要意义。研究成果发表在国际学术期刊《美国国家科学院院刊》上。

玻璃态材料一般分为金属玻璃、氧化物玻璃、有机玻璃等，在应用之前需要进行退火，通过缓慢冷却消除加热历史对玻璃结构和性能的影响。从动力学角度而言，退火使玻璃内部能量由高到低的过程被称作弛豫。由于玻璃态材料能量状态丰富，存在多种弛豫模式，且不同弛豫模式之间存在耦合和记忆效应，缺乏精准调控的理论和方法，限制了高性能玻璃态材料的研发进程。

团队负责人王军强研究员介绍，科学家已发现α弛豫、β弛豫、γ弛豫等弛豫模式，它们在调控玻璃材料的硬度、塑性、磁性等不同性能方面各有侧重。有一种理论认为，好比一道阳光有不同波长的光谱，弛豫模式也由具有不同频率的基本单元组成，不同频率的基本单元反映了玻璃结构的不均匀性，但这一理论缺少直接的实验证据。

研究团队利用高精度闪速差示扫描量热仪研究了多种玻璃态材料在不同退火温度和退火时间下的热流变化，发现不同温度或弛豫时间的热流弛豫峰与晶体中的声子一样，符合德拜方程，他们称之为弛豫子。而且这些弛豫子谱线的叠加轮廓与力学弛豫谱线具有一致性，表明宽泛的谱峰确实来自独立弛豫单元谱的叠加。

谈及这项成果的应用前景，王军强打了个比方:“将玻璃材料的研制比作拍照，以往可以从人像模式、风景模式、微距模式等几大类里挑，现在基于新发现的弛豫基本单元，就可以单独控制快门、光圈、焦距、感光度等精细参数，克服原有弛豫模式存在的局限性，精准调控调节玻璃的性能。”