力學(xué)所揭示非晶合金剪切帶涌現(xiàn)的時(shí)空序列與臨界行為

非晶合金（又稱(chēng)金屬玻璃）因具有一系列優(yōu)異性能，在空天、國(guó)防、能源等領(lǐng)域顯示出廣闊應(yīng)用前景。然而，非晶合金極易形成納米尺度變形局部化剪切帶，而剪切帶快速擴(kuò)展誘致的宏觀脆性限制了其工程應(yīng)用。

本征上，非晶合金剪切帶涌現(xiàn)是一類(lèi)遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡下時(shí)空多尺度耦合的非線性過(guò)程；空間上，固有的結(jié)構(gòu)不均勻性會(huì)引起強(qiáng)烈的變形及動(dòng)力學(xué)行為的梯度效應(yīng)；時(shí)間上，涵蓋原子振動(dòng)、原子團(tuán)簇協(xié)同重排、塑性流動(dòng)等多個(gè)速率過(guò)程。上述事件均具有各自的特征時(shí)間和空間尺度，它們的關(guān)聯(lián)耦合控制剪切帶涌現(xiàn)，使變形高度集中在寬度或厚度為數(shù)十納米的帶狀區(qū)域，并以近聲速的模式快速擴(kuò)展。與原子周期有序排列的晶態(tài)合金不同，原子長(zhǎng)程拓?fù)錈o(wú)序堆垛的非晶合金變形內(nèi)蘊(yùn)3種高度耦合糾纏的原子尺度運(yùn)動(dòng)：剪切、體脹和旋轉(zhuǎn)。這3種局域原子運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)糾纏是非晶合金剪切帶涌現(xiàn)精細(xì)物理圖像尚未探明的關(guān)鍵瓶頸。

近期，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所戴蘭宏研究團(tuán)隊(duì)在該問(wèn)題的研究中取得進(jìn)展?；谶B續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論框架，研究人員提出了同時(shí)考慮仿射和非仿射變形信息的兩項(xiàng)梯度模型，可以完整描述無(wú)序固體介質(zhì)的局部變形場(chǎng)，突破了目前廣泛使用的單純仿射或非仿射模型的局限。研究人員進(jìn)一步完成了對(duì)剪切、體脹、旋轉(zhuǎn)這3個(gè)高度糾纏的局域運(yùn)動(dòng)的解耦，并在原子尺度上定義了全新的局部剪切、體脹、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)事件的定量描述符。

相關(guān)研究成果以Hidden spatiotemporal sequence in transition to shear band in amorphous solids為題發(fā)表在Physical Review Research上。