在不同的热力学条件下，晶态金属（或合金）的结构通常可以从一种晶型转变为另一种晶型，即发生多晶型转变（polymorphism）（亦称同素异构转变）。例如，纯铁可由面心立方结构的γ相转变为体心立方结构的α相。与之相对应，“多非晶型转变”（polyamorphism）是指非晶态物质从一种非晶态结构转变为另一种非晶态结构。这类转变已经见著于非晶态的冰、硅以及石英玻璃和硫化玻璃等方向性键合的物质。这些非晶态材料在静水压力作用下，可以转变为更加致密堆垛的非晶态构形。由于金属键无方向性，由液态过冷形成的非晶态合金（金属玻璃）中原子的排列已趋近于密排堆垛，其密度与对应的晶态密度很相近，因此在金属玻璃中是否会发生“多非晶型转变”一直是悬而未决的命题。

 

最近，美国约翰霍普金斯大学马恩教授（沈阳界面材料中心成员）与阿贡国家实验室、中科院金属所等单位的研究人员合作开展的一项研究发现，利用x-射线原位监测，观察到Ce55Al45金属玻璃在压力作用下可发生由一种非晶态结构向另一种非晶态结构的转变。这两种非晶态结构之间的密度差为14%。通过第一原理计算发现，不同的原子与电子结构，特别是f电子退局域化（delocalization）引起的价态变化和键长缩短，导致该金属玻璃在压力作用下转变为另一种密度更大的非晶态结构。这项工作发表于3月份的《自然—材料》，见H.W.Sheng,et al.,Nature Materials,vol.6,(2007)P.192。

 

金属玻璃中“多非晶型转变”的发现，不仅丰富和加深了人们对凝聚态物质固态相变现象的认知，也有助于深入理解金属玻璃与相应液态金属在结构、结构演化、性能等诸多方面的相互依赖关系。“同分异构”的金属玻璃将表现出不同的热力学性质、物理性能、流变行为和力学性能，将为发展性能奇异的新型金属玻璃注入新的理念。