2015年7月13日《自然·通讯》发表汪卫华等最新研究成果:从量变到质变的液体结构演化:非晶合金液液相变。
非晶合金液液相变这一研究成果对液态金属目前产业化看上去没有很多联系,但给我们将来制造结构器材中遇到诸如形成能力、内部结构均衡性等问题做到“知其所以然”,从而能调控和设计内部运行规律,更好服务产业化。
材料基础研究进展快慢是决定这个国家在此产业化制高点上高低。众所周知,中国块体非晶基础研究在全球占有一定分量,中国块体非晶产业化俯视全球也初露端倪。
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何谓“液-液相变”?众所周知,碳元素可具有多种同素异构体,既可以形成石墨,亦可-形成金刚石;碳酸钙(CaCO3)既可以形成方解石,也可以文石的形式存在。这种化学成分相同,但晶体结构不同的现象称为“多晶型”现象,又称“多晶型转变”(polymorphism)。在适当的温度、压力条件下,“多晶型转变”可以具有一级相变的特征,即从一种晶相经过两相共存转变为另一晶相。由此人们自然会联想到,类似的现象及相应的相变是否也会在液体中发生?即是否存在有“液-液相变”(liquid-liquid transition)。与常见的多晶型现象相反,液-液相变的发生似乎有悖于人们习惯上的常识。例如,日常生活中我们观察到,意大利美食中使用的橄榄油和醋(水)两种液体,彼此共存而不相溶混,这是由于水和油的分子性质不同,水分子更喜欢与水分子相结合。相反,酒里的乙醇和水却可形成单相的溶液,而不存在多相分离共存的状态,因为它们却有相似的结构单元(如OH根),彼此-间可形成氢键。基于所谓的相似相溶原理可以推断,如果两种液体的组份完全一样,它们的互溶性应该是可期待的。因此,尽管相同组份的两个不同的液相共存并不违反热力学定律,但在直觉上难以认同。有趣的是,曾有科学家认为,在热力学平衡熔点以下的深过冷亚稳态水中,可以发生“液-液相变”,并且预测这很可能是水的许多奇异特性的物理本源。换言之,在特定的温度、压力条件下,会有可能存在有两种性质不同液相的水,混和后会发生“水-水不溶”。然而,这一“液-液相变”的假设,终因深过冷液态水在动力学上的不稳定,极易发生-晶化,而无法被实验直接佐证。(此概念引用王军强老师科学网部分内容)