近日，我院张冬仙、蒋建中教授团队联合深圳技术大学、澳大利亚迪肯大学及重庆大学等国内外多所高校及科研机构，在国际权威期刊《Advanced Science》上发表题为“金属玻璃回春过程中原子团簇调控与力学性能关联机制研究”的最新研究成果。研究团队通过系统分析力学回春、温度回春等多种工艺条件下的微结构演变特征，建立了不同工艺参数与原子团簇有序度、堆积密度及体积分数之间的调控图谱。基于该理论框架的大量对比分析发现，当前主流金属玻璃设计方法虽然在微量元素添加或二次相复合等宏观策略上有所探索，但在原子层级的回春调控机理上仍缺乏深入认识。其根本原因在于，现有方法多聚焦于宏观相调控或单一工艺优化，难以精准把握延展性团簇与非延展性团簇的空间排列组合对塑性及加工硬化的协同影响。研究表明，单纯调整元素配方或探索新复合工艺并不能稳定提升金属玻璃的综合力学性能，必须发展通过精准调控回春工艺参数来优化原子团簇排列状态的新策略，为高性能合金材料的理论开发和工艺革新开辟了新路径。
金属玻璃具有类似金属在液体条件下无序的原子排列，这类玻璃态的金属具有极高的强度和弹性极限，因此在结构材料上具有优异的应用前景。然后结构材料上的应用仍受到两大关键瓶颈制约：缺乏一致的拉伸塑性（对塑性的原子层面的了解不充分）和普遍的加工硬化特性（原子层级的演变还不完全了解）的了解。传统研究多聚焦于宏观层面的分析，这种宏观层面包括但不限于微量元素的添加，二次相的制备等工艺的探索，但却忽略了塑性/加工硬化的本质探索 – 原子层级的探索，特别是原子团簇之间的演变和相互作用。虽然对于诸如个别含有B相的ZrCuAlCo/Nb金属玻璃等合金，其拉伸塑性得到了大约7%的证实，但是这种复合物的制备还是存在很大不确定性。对于传统工艺来说，迄今仍缺乏系统的理论认识与工艺改进的优良策略。针对研究现状存在的问题，福耀科技大学新材料和新能源学院张冬仙、蒋建中团队与国内外多所大学（澳大利亚迪肯大学，南京理工大学，奥地利研究所，深圳技术大学等）联合开展研究，系统分析了金属玻璃回春的多种工艺，不同工艺条件下微结构尤其是原子团簇的演变和相互作用，系统地揭示了金属玻璃强度、塑性和加工硬化等特性与原子团簇有密切关系，提出了创新性的微结构（原子团簇）调控机制。
回春加工工艺的特性和影响：不同的回春工艺（包括力学回春，温度回春以及其它工艺的回春）的特性就是改变原子团簇，且合适的回春工艺可以极大地促进延展性原子团簇的形成。但是这种工艺与原子团簇之间的内在关系，目前还没有得到大量的实验证实。但是已有的研究表明，原子团簇不仅对金属玻璃形成能力，而且对金属玻璃的力学特性（包括强度，塑性和加工硬化）都有显著的提升。但是如何有效地链接回春的工艺和原子团簇是很关键的。
金属玻璃中原子团簇的调控：在所有体系的金属玻璃中，都存在延展性的原子团簇（诸如<0,2,8,1>）和非延展性的原子团簇（诸如<0,0,12,0>），如何调节这些原子团簇，是未来研究的重点。而不同的回春工艺可以解决这一问题。通过选择合适的回春工艺参数，可以有效地调节原子的有序度、堆积密度、体积分数等。而金属玻璃中原子团簇的这些特性直接决定了诸如强度等力学特性。
原子团簇和力学特性的关系：原子团簇同样可以类比为宏观结构上的晶体相。当一定体积分数和排列的延展性团簇与非延展性团簇有序或按照一定顺序排列组合在一起的时候，金属玻璃的力学特性就可以得到极大地提升。相反，如果微结构中有过多的非延展性团簇或两种团簇以杂乱无章的形式排列，金属玻璃的脆性等就容易展示。因此，通过选择回春工艺的参数来有效地调节原子团簇是至关重要的。
相关研究成果发表在国际知名期刊《Advanced Science》e75703 (2026), https://doi.org/10.1002/advs.75703。本研究工作将多种不同的回春工艺、回春的微结构（原子团簇）、回春后金属玻璃的力学特性等建立了定性的联系，为理解金属玻璃中“回春-原子团簇-力学特性（强度、塑性和加工硬化）”之间的内在关联提供了理论框架，也为未来深入探索延展性和非延展性的原子团簇与回春的内在关系以及金属玻璃的强化和韧性开辟了新路径。这种对工艺和理论的深入了解有助于实现高性能合金材料的开发。
