Chemistry 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Chemistry
标  题: 金属塑料
发信站: 哈工大紫丁香 (Mon Nov 21 10:27:53 2005), 转信

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    用人看才能，选材挑属性。最近，中科院物理所极端条件物理重点实验室汪卫华研
究组张博等人研制出一种新型非晶合金材料——铈基金属塑料。兼有聚合物塑料和金属
特点的这一新型材料，在很多领域都具有潜在的应用和研究价值。

    据汪卫华研究员介绍，从物质结构上来说，根据原子、分子或分子链排列的有序或
无序，固体物质至少有晶态结构与非晶态结构两大类。而从熔融态冷却形成非晶态结构
的固体物质，通常被特指为玻璃态或玻璃。为从化学组成上区分不同的类型，“玻璃”
又分透明玻璃杯常用的氧化物玻璃、塑性成型工业必需的聚合物玻璃（即塑料）等。20
世纪60年代初出现的金属玻璃，因其优越的机械、力学、电学等性能受到科学家的高度
重视。

    工艺品大师经常把玻璃烧软，然后吹制成造型复杂的精美工艺品，其形状变化之精
妙往往让现场欣赏的人备感神奇。这固然源自大师们精湛的技术，但也绝少不了氧化物
或聚合物玻璃本身超强的可加工性。汪卫华介绍，玻璃最大的好处在于它高温时出现的
软化特性，即在“某个温度”（玻璃转变温度，即Tg）以上“非常宽的温度范围”（过
冷液相区，?驻Tx）内，能够像揉面团那样进行长时间的无限度变形加工。为利于加工成
型，过冷液相区越宽越好，在其范围内停留的时间越长越好。

    作为一种广泛应用的有机材料，塑料自100多年前问世起，因其非常低的玻璃转变温
度、稳定的过冷液相区而具有优良的玻璃形成能力，加工条件宽松、制造成本低廉。与
之相对，金属材料虽然性能优异，但由于玻璃形成能力非常低，尺寸一直限制在微米级
别。20世纪90年代，非晶合金——又被称作金属玻璃——的临界尺寸突破毫米量级，大
大拓展了非晶合金的应用范围。然而，过去十几年开发的大块非晶材料，玻璃转变温度
（300℃～700℃）仍远高于通常聚合物塑料，为塑性加工和过冷液态的研究带来很大困
难。

    为降低金属玻璃的加工条件，有效拓宽其应用空间，汪卫华研究组在对非晶及玻璃
材料弹性性能多年研究的基础上，发展出非晶形成能力的弹性模量判据，为设计具有不
同的力学性能的金属塑料提供了理论依据，为寻找具有特殊性能的新型非晶材料准备了
有效的方法。进而通过努力，研制出集聚合物塑料和金属特点于一身的新型铈基金属塑
料。该“塑料”以迄今为止最低、基本接近室温的玻璃转变温度（60℃～120℃）以及相
当宽的过冷液相区，获得了超强的可塑性。

    研究人员这样描述铈基金属塑料卓越的可塑性：它在开水中立即变软，同样能在开
水中轻易完成弯曲、拉伸、压缩、复印等形变，形成各类不同的形状；当温度恢复到室
温后，立刻又恢复一般金属玻璃所具有的高强度——强度堪比普通铝合金及镁合金——
等优良的力学和导电性能。尤其难得的是，还能通过掺杂不同的金属来调节金属塑料的
玻璃转变温度。另外，铈基金属塑料具有优异的玻璃形成能力，是少数几个可获得厘米
尺寸的大块非晶体系之一。

    汪卫华介绍，铈基金属塑料可使很多复杂工件的加工制造变得更容易、更便宜，在
汽车、军工、航空等领域有潜在的应用价值；同时是进行纳米、微米加工和复写的优良
材料。在基础研究方面，它为人类深入认识金属玻璃的形性规律及过冷液体研究提供了
理想的模型材料。特别是，研究提出的“金属塑料”概念，可能引发人们更多的探索，
将聚合物塑料、金属这两类最广泛使用的材料更有机地结合起来，研制出更多类似于有
机导体、金属塑料的新材料。

    据悉，该研究在国家自然科学基金委创新群体项目、国家自然科学基金委杰出青年
基金项目、中科院及物理所的支持下完成。相关结果今年5月在美国《物理评论快报》上
发表后，美国《物理评论焦点》、英国Nature杂志先后予以重点介绍，不同国家的许多
物理和材料网站也相继报道了这一成果。

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※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 202.118.229.162]