金屬玻璃具有無序的原子結構和非平衡性質。自製備以來金屬玻璃就發生自發的結構老化，使其初始力學和物理性能惡化。因此，金屬玻璃的年輕化探索是材料科學和固體力學的一個重要課題，因為非晶固體的年輕化行為為提高力學/物理性能開闢了新的途徑。近年來人們系統地開發了大量的年輕化策略，如冷軋、彈性加載、輻照、低溫熱循環、機械循環、高壓扭轉等。通過劇烈的塑性變形可以製備出高度年輕化的金屬玻璃。然而劇烈變形的試樣可看作是由「剪切帶」和「未變形的玻璃態基體」組成的複合材料。結構的複雜性給年輕化玻璃材料的結構和性能研究帶來了干擾。低溫熱循環是實現金屬玻璃年輕化的平順方法，適用於任何尺寸的玻璃樣品。但與其他機械處理相比，該方法獲得的年輕化程度似乎有限。將金屬玻璃加熱到過冷液相區然後快速冷卻，可以恢復弛豫焓。這種方法需要很高的冷卻速率，至少大於形成過程中的冷卻速率。上述策略具有相當大的優點，但它們或涉及多個步驟，或可能導致形狀變化。另一方面，這些方法中的一部分不僅帶來了年輕化，而且還產生了老化甚至結晶。儘管在實現和理解年輕化本質方面已經取得了許多進展，但仍然迫切需要一種有效的年輕化方法。
來自西北工業大學的喬吉超教授團隊、中國科學院力學研究所王雲江研究員和香港城市大學楊勇教授等，通過訓練β弛豫過程以實現金屬玻璃的年輕化，並深入了解這種非晶材料的結構非均勻性對其年輕化的調控機制。在實驗和理論分析基礎上為β弛豫訓練引發的年輕化提供了有力證據。周期性加載時的輸入能量使可逆β弛豫重新激活，使金屬玻璃年輕化。β弛豫的特徵活化能的降低是年輕化的信號之一。年輕化增強了原子遷移率，促進了β弛豫與α弛豫的解耦。隨著訓練頻率增加。相關論文以題為「Training β relaxation to rejuvenate metallic glasses」發表在Journal of Materials Science & Technology上。
論文連結：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1005030223002797
圖1 通過理論計算損耗模量、單周期輸入能量和總輸入能量隨溫度的演化圖。
圖2 訓練過程的工藝流程。
圖3鑄態玻璃與訓練後玻璃的DSC曲線圖譜。
圖4 訓練b弛豫實現年輕化的物理機制示意圖和路徑示意圖。
總之，本論文的目的是探索訓練b弛豫對實現金屬玻璃年輕化的可行性分析和機制描述。首先，作者通過理論計算得到合適的訓練工藝參數。原子移動能力隨著訓練頻率的增加而增加。隨著結構非均勻程度的提高，可以觀察到b弛豫和a弛豫的解耦。年輕化有利於降低金屬玻璃的特徵激活能，並擴展其動力學非均勻性。動態循環載荷可以激發金屬玻璃微觀結構上被凍結的流動缺陷，進而利於評估流動缺陷、年輕化行為和b弛豫之間的關聯。這些新發現有助於增進對通過訓練b弛豫實現金屬玻璃年輕化的進一步認識。（文：Keep real）
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