《無(wú)序固體的力學(xué)行為》專題序

蔣敏強(qiáng) 戴蘭宏

(中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190)

無(wú)論是在自然科學(xué)還是社會(huì)科學(xué)范疇，“有序（order）”是人們相對(duì)熟悉并為之追求的一種特殊狀態(tài)，然而“無(wú)序（disorder）”才是物質(zhì)或社會(huì)學(xué)體系的普遍狀態(tài)。但是，對(duì)于以電子共有化方式成鍵的金屬材料，這一認(rèn)知似乎恰恰相反.幾千年來(lái)，金屬材料總是以化學(xué)成分和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的有序方式呈現(xiàn)在人們面前.直到1960 年，一種具有原子排列長(zhǎng)程無(wú)序的非晶合金在《自然》雜志被首次報(bào)道，才使人們重新認(rèn)識(shí)到有序可能不是金屬的本征狀態(tài).到如今，各類非晶合金大量涌現(xiàn)，幾乎涵蓋了元素周期表中的所有金屬元素.此外，基于多主元設(shè)計(jì)理念制備的高熵合金近年來(lái)被廣泛報(bào)道，證實(shí)金屬材料也可以形成組元原子晶格隨機(jī)占位的化學(xué)無(wú)序狀態(tài).

拓?fù)錈o(wú)序的非晶合金和化學(xué)無(wú)序的高熵合金作為典型的無(wú)序固體，極大地挑戰(zhàn)了固體力學(xué)、凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)中一些傳統(tǒng)認(rèn)知、概念，甚至經(jīng)典理論.比如，基于位錯(cuò)、解理等微觀機(jī)制的固體塑性和斷裂理論無(wú)法適用于非晶合金；固溶強(qiáng)化、層錯(cuò)能等概念在高熵合金中的應(yīng)用也變得十分困難.另一方面，由于固有的無(wú)序特性，非晶合金和高熵合金表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的力學(xué)、物理、化學(xué)性能，使其作為先進(jìn)結(jié)構(gòu)或功能材料在國(guó)防、空天等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景.因此，這兩類無(wú)序固體具有重要的科學(xué)和應(yīng)用價(jià)值，越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外科技界的廣泛關(guān)注.

《力學(xué)學(xué)報(bào)》組織的這一《無(wú)序固體的力學(xué)行為》專題，旨在反映我國(guó)科研機(jī)構(gòu)和高等院校的科研人員在這一方向的最新研究進(jìn)展，包含3篇綜述論文和5 篇研究論文，供相關(guān)領(lǐng)域的讀者參考.

第1 篇綜述論文由中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所王云江等撰寫，詳細(xì)討論了“結(jié)構(gòu)決定性能”這一經(jīng)典范式在非晶態(tài)無(wú)序固體中是否成立.他們發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的空間關(guān)聯(lián)和受限，而不是局域結(jié)構(gòu)本身，是非晶態(tài)固體結(jié)構(gòu)-性能關(guān)聯(lián)的隱藏主控因素，并給出了評(píng)價(jià)非晶態(tài)固體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)性能有效性的普適定量方法，從而為建立廣義無(wú)序固體的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系提供了篩選準(zhǔn)則.

第2 篇是由西南交通大學(xué)康國(guó)政等撰寫的關(guān)于非晶合金復(fù)合材料變形行為以及本構(gòu)關(guān)系的綜述論文.他們首先簡(jiǎn)要回顧了非晶合金材料的變形行為、失效機(jī)理以及本構(gòu)關(guān)系的研究進(jìn)展；然后，著重從實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬兩方面對(duì)非晶合金復(fù)合材料變形行為與失效機(jī)理的研究成果進(jìn)行了總結(jié)；接著，對(duì)非晶合金復(fù)合材料本構(gòu)關(guān)系的最新研究進(jìn)展進(jìn)行評(píng)述；最后，對(duì)這一方向未來(lái)值得進(jìn)一步研究的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié).

第3 篇論文是關(guān)于高熵合金力學(xué)性能和變形行為的研究進(jìn)展綜述，作者是清華大學(xué)李曉雁等.這篇論文從高熵合金獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，對(duì)近年來(lái)針對(duì)不同類型高熵合金力學(xué)性能、變形行為方面的研究成果，特別是強(qiáng)韌化機(jī)制以及相關(guān)的原子尺度模擬，進(jìn)行了較為全面的綜述.最后，作者總結(jié)和展望了高熵合金未來(lái)研究中的一些主要問(wèn)題和挑戰(zhàn).

接下來(lái)5 篇是有關(guān)非晶合金力學(xué)行為的研究論文，涉及的研究?jī)?nèi)容包括：動(dòng)力學(xué)弛豫機(jī)制和高溫流變行為（作者：西北工業(yè)大學(xué)喬吉超等）、塑性流動(dòng)基本事件的原子尺度預(yù)測(cè)（作者：中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所肖攀等）、剪切帶時(shí)空動(dòng)力學(xué)和鋸齒流動(dòng)行為（作者：中國(guó)科學(xué)院物理研究所孫保安等）、基于熱塑成形的非晶合金理想裂紋預(yù)制方法（作者：武漢大學(xué)劉澤等）、基于表面機(jī)械加工的非晶合金斷裂韌性提高方法（作者：上海大學(xué)王剛等）.

本專題8 篇綜述或研究論文在展示最新研究進(jìn)展的同時(shí)，也指出了非晶合金和高熵合金力學(xué)行為研究方面一些懸而未決的關(guān)鍵難題.例如，對(duì)于拓?fù)錈o(wú)序或化學(xué)無(wú)序體系的全面深刻認(rèn)知和定量描述；能否打通無(wú)序結(jié)構(gòu)--原子振動(dòng)--動(dòng)力學(xué)弛豫--宏觀變形和破壞的全過(guò)程？如何建立適用于拓?fù)?化學(xué)無(wú)序系統(tǒng)且物理自洽的固體本構(gòu)理論？是否有可能實(shí)現(xiàn)以化學(xué)或拓?fù)錈o(wú)序主導(dǎo)和時(shí)空調(diào)控的固體強(qiáng)韌化新途徑？顯然，這些問(wèn)題的解決亟需力學(xué)、材料、物理等領(lǐng)域?qū)W者的協(xié)同創(chuàng)新和聯(lián)合攻關(guān).

最后，特別感謝所有論文作者以及審稿專家對(duì)本專題出版的重要貢獻(xiàn)和大力支持！