中科院成功制備微納米金屬玻璃纖維

2011年底，中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）汪衛(wèi)華課題組易軍等人發(fā)展了一種新的工藝方法，成功制備出金屬玻璃 纖維。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Adv Eng Mater12,1117 (2010)上。
　　金屬纖維和玻璃纖維不僅在工程應(yīng)用和人們的日常生活中起著非常重要的作用（如玻璃光纖），在科研領(lǐng)域也引起了科學(xué)家們的廣泛興趣。工程金屬材料由于不具有超塑性變形的能力，它的制備效率低而且能耗很高。由于玻璃在其過(guò)冷液相區(qū)具備超塑性變形的能力，所以能用高效率、低能耗的熱塑性成型的方法制備出表面光滑且尺寸均勻的玻璃纖維。金屬玻璃像普通玻璃一樣在其過(guò)冷液相區(qū)也具備超塑性變形的能力。能不能利用制備玻璃纖維的熱塑性成型法來(lái)制備金屬玻璃纖維是目前大家關(guān)心的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外科學(xué)家在這方面做過(guò)很多嘗試，但始終沒(méi)有成功。其主要原因在于金屬玻璃的過(guò)冷液相區(qū)沒(méi)有普通玻璃的寬，其黏度隨溫度的變化速率極快，而且金屬玻璃在過(guò)冷液相區(qū)很容易被氧化。所以制備玻璃纖維的熱塑性成型條件很難控制。
　　汪衛(wèi)華課題組通過(guò)給金屬玻璃預(yù)加一定的力，當(dāng)金屬玻璃被加熱到過(guò)冷液相區(qū)的時(shí)候，其黏度會(huì)下降。當(dāng)黏度下降到無(wú)法承受所施加的外力的時(shí)候，金屬玻璃棒將進(jìn)行超塑性變形，從而形成金屬玻璃纖維。該方法可以制備出了一系列表面光滑度極高，尺寸均勻而且橫截面圓整度高的微納米尺度不同體系的金屬玻璃纖維。獲得的金屬玻璃纖維尺寸從納米到微米可控，所跨越的尺度范圍是70納米到數(shù)百微米。進(jìn)一步的性能研究發(fā)現(xiàn)，金屬玻璃纖維不僅具備金屬玻璃的優(yōu)異力學(xué)和功能特性，而且還克服了金屬玻璃脆性這一限制其應(yīng)用的致命缺點(diǎn)，如金屬玻璃纖維柔韌性很好，可進(jìn)行編織。由此可以預(yù)計(jì)金屬玻璃纖維將在微納機(jī)電系統(tǒng)、復(fù)合材料、功能織物、傳感器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。此外，當(dāng)金屬玻璃的尺寸小于這些特征尺寸的時(shí)候，其物理行為將跟宏觀尺度金屬玻璃的物理、力學(xué)行為大相徑庭。這些表面光滑、尺寸可控、均勻和高圓整度橫截面的微納金屬玻璃纖維是研究金屬玻璃力學(xué)性能，形變機(jī)制以及玻璃轉(zhuǎn)變等非晶物理中基本問(wèn)題的模型材料。