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金属玻璃的爆炸沸腾和液-气调幅分解

已有 3953 次阅读 2015-1-28 21:00 |个人分类:学术研究|系统分类:科研笔记

对于处于亚稳态的液体而言,其稳定性通常存在两个界限。一个是下界,即玻璃态转变。目前绝大部分工作都关注于此。
另一个是上界,即liquid-gas spinodal (液-气调幅分解)。
纳米或者飞秒脉冲激光提供了一种很好的手段来研究亚稳液体的稳定性。在激光辐照作用下,通常熔化的物质会被快速加热到正常沸点以上,而不发生沸腾,从而进入到一种过热的亚稳液态。随着温度进一步升高趋于物质的热力学临界点(Thermodynamic critical point, TCP),会发生一种类似爆炸模式的沸腾气化现象(通常称为爆炸沸腾或者相爆炸),从而使亚稳液体不会达到上界,而恢复到平衡的binodal状态。
但是,对于本身处于亚稳状态具有液体结构的金属玻璃固体,是否依然遵循上述规律呢?
为了回答这一问题,我们采用纳米脉冲激光对Vitreloy 1金属玻璃开展了单脉冲(10纳秒)烧蚀实验。高速摄影的确捕捉到了一种热物质喷出的爆炸沸腾现象(见下图)。但同时,通过对烧蚀斑图的精细观察揭示,金属玻璃亚稳液体的爆炸沸腾正好处于其稳定的上界点,即液-气调幅分解点。这表明,在脉冲激光作用下,金属玻璃液体的过热程度很高,同时,其本身的亚稳态又使上界失稳点相对降低。为了解释这一现象,我们发展了理论模型,计算了激光辐照作用下,金属玻璃靶温度的时空演化。从理论上确定了爆炸沸腾的时间,并对烧蚀斑图的特征尺度进行了预测。
上述结果有助于我们对于激光-金属玻璃相互作用机制的理解,也首次提供了金属玻璃液体在极高温度(接近TCP)的稳定性图像。
相关结果已经发表在
M.Q. Jiang, Y. P. Wei, G. Wilde, L. H. Dai, Explosive boiling of a metallic glass superheated by nanosecond pulse laser ablation, Applied Physics Letters 106, 021904 (2015).
文章链接:http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/106/2/10.1063/1.4905928?showFTTab=true&containerItemId=content/aip/journal/apl  





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