大多数人听到“眼镜”这个词可能会想到饮用眼镜或矫正眼镜。几乎没有人会想到金属。但金属玻璃，也被称为“无定形金属”，在科学研究和技术中发挥着越来越重要的作用。
当金属熔体迅速冷却，在几分之一秒内凝固时，它们在原子水平上仍然是混乱无序的。如果它们被缓慢冷却，原子将有时间重新排列并形成有序的晶格结构，但快速冷却意味着无序液体熔体中的原子不能足够快地重新排列，本质上是冻结在原位的。
这种原子无序性赋予了这些“非平衡”金属玻璃与有序结晶合金截然不同的特性。金属玻璃可以比钢更坚固，同时具有聚合物的弹性。
在“玻璃化转变”——从液体到固体玻璃相的突然转变——的原子水平上发生了什么，这是伊莎贝拉·加里诺多年来一直在研究的问题。几年前，材料科学家加里诺(Gallino)打破了她所在领域一个被广泛接受的范式。
传统观点认为，当金属熔体经历玻璃化转变时，材料会在获得固态特性的同时失去液态特性。加利诺表明，事实并非如此，并根据所涉及的原子大小的不同来解释这种行为。
当大的原子已经冻结并且基本上不能动时，小的原子仍然可以四处移动，因此仍然可以赋予合金液体性质。只有当较小的原子最终冻结时，液体才会完全玻璃化成玻璃杯。
这一事实对于理解伊莎贝拉·加里诺博士、她的同事拉尔夫·布希教授和他的几名博士生(都在萨尔大学)与西班牙圣Sebastián材料物理中心的丹尼尔·坎亚洛西以及来自美国的同事合作所做的一项观察至关重要。
实验中的金属液滴越小，它“抵抗”冻结成玻璃态的时间就越长。研究小组表明，对于尺寸小于10微米的样品，这一点尤为明显。简而言之，较小的合金样品需要较低的温度才能凝固形成金属玻璃。直径为10.8微米的液滴凝固形成金属玻璃的温度比直径为1.3微米的液滴凝固的温度高出约40开尔文。
ralph Busch总结了这一发现:“如果我们从低温开始加热材料，小块的非晶合金会比大块的更早融化。”这种材料再次变成“液体”，失去了它作为固体金属玻璃的特性。然而，在大约10微米以上的样品尺寸上，观察到的效果急剧下降。
在这个阈值以上，玻璃成型材料的表现方式没有尺寸依赖的差异。玻璃过渡区的冷冻和解冻过程是用一种称为Flash DSC芯片量热计的仪器测量的，该仪器允许在非常快速的冷却和加热条件下研究小样本数量。
“我们观察到的效果是普遍的，”伊莎贝拉·加里诺在评论她的发现的深远意义时说。这种现象不仅适用于金属合金，也适用于所有其他凝固成玻璃而不经历结晶的材料。并且有大量已知的物质，在它们的凝聚态下形成无定形而不是有序的晶体结构。
即使在地球上处于冰冻状态的水也有规则的晶体结构，但在更广阔的宇宙中，水是玻璃状或无定形的，比如在温度低于-150°С的彗星上发现的水。从科学的角度来看，玻璃化的过程-玻璃从液态到无定形固态的转变-是一个基本的兴趣。
这就是为什么Isabella Gallino, Ralf Busch和他们的国际同事在半导体工业或复合材料部门等许多领域引起了相当大的兴趣。这些工业中的许多材料在微米级上相互连接。
由于Gallino, Busch和其他人的工作，我们现在知道这种规模的材料会更快地变得“无序”，因此它们越小就会失去它们的性质。因此，材料科学家将能够在未来使用这些信息来具体影响材料的耐久性。
研究结果发表在《自然通讯》杂志上。
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希望本篇文章《微小金属液滴凝固成玻璃所需时间较长的原因：材料科学的深度探讨》能对你有所帮助！
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