学术速递 | 关于中科院物理所孙永昊团队的新发现

梅特勒-托利多推出的创新型闪速差示扫描量热仪（Flash DSC）是迄今为止世界上WY商品化的超快速DSC。新一代的Flash DSC 2+为快速扫描DSC带来了革命性变化，其特有的宽温度范围(−95 ℃-1000 ℃)和高升降温速率(约104 K/s量级)是表征许多亚稳态材料快速动力学的理想工具，特别适合于非晶态材料的研发。

图1 Flash DSC 2+

NEWS Yb-Mg-Zn-Cu非晶合金的原位合成

最近，ZG科学院物理研究所的程琪博士研究生、指导教师孙永昊特聘研究员及其他团队成员借助Flash DSC 2+ 原位地合成了一种Yb基四元非共晶成分的非晶合金，研究了在熔点以上高温析出的Zn沉淀对其玻璃形成能力的影响，发明了一种非晶合金在液相线温度以下的升温-淬火式“低”温合成方法。

非晶合金的玻璃形成成分主要集中在共晶成分附近，但也有一些具有高玻璃形成能力的非晶合金是非共晶成分。非共晶成分的问题是在熔点以上可能出现析出沉淀。这些沉淀可能会在冷却的过程中导致异质结晶，从而降低非共晶成分的玻璃形成能力。避免析出沉淀的传统方法是高温熔化（在液相线温度以上）和快速冷却（YZ异质结晶），这都增加了制备非共晶成分的大块非晶合金的难度。

图2  研究人员凭借Flash DSC 2+极高的信号灵敏度成功地捕捉到Yb-Mg-Zn-Cu非晶合金的Zn析出沉淀的放热信号

为了研究析出沉淀对非晶合金形成能力的影响，中科院物理所孙永昊团队借助Flash DSC 2+，在高降温速率下实现了Yb-Mg-Zn-Cu非晶合金的原位合成。该团队通过改变样品在急速冷却前的淬火温度，意外地发现高淬火温度容易析出沉淀和结晶，低淬火温度反而容易形成非晶。通过对样品进行等温退火，研究人员凭借Flash DSC 2+较高的信号灵敏度成功地捕捉到该析出沉淀的放热信号。该信号所处的温度区间和纯Zn的熔点接近，沉淀质量只有0.1ng，如此低含量的析出沉淀在高分辨电子透射显微镜和高能同步辐射X射线衍射下都没有被检测到。为了绕开沉淀，研究人员提出了一个“升温-淬火”的温控策略，即在冷却中先升温熔化沉淀再二次冷却，有效地避免了沉淀所引发的晶化，形成了完全非晶态的非晶合金。这个策略不仅可以拓宽非共晶非晶合金的成分范围，也提供了一种制作大块非晶合金的新方法。

该工作得到了国家自然科学基金（51971239）等项目的支持。相关的研究成果发表在期刊 Physical Review B 上，可复制链接https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.103.L100203  查看。