莱布尼茨研究所《JAC》：金属玻璃剪切带路径的无损重建！

　　金属玻璃是一种在室温下凝固的亚稳材料，其原子排列呈液态。这些材料缺乏周期性的晶体结构，导致其具有一些特殊的特性，包括接近理论的强度、大的弹性极限和通过形成纳米范围内厚度的剪切带而发生的高度局域化的室温塑性变形。最近使用各种实验工具如透射电子显微镜，纳米压痕，X射线衍射和磁测量，在了解不同长度尺度剪切带方面取得了显着进展。由于实验限制，在这些研究中剪切带被分析为穿过二维试样的线性缺陷，假设观察到的二维特性代表了样品的大部分。然而剪切带是一种通过三维样品传播的平面状缺陷，其性质可能在缺陷平面的表面上变化。有两种技术可以将调查扩展到3D:连续切片和断层扫描。连续切片是一种破坏性的分析方法，包括切割或蚀刻标本的连续部分，然后将从每个部分获得的2D信息适当地组合以给出所研究属性的3D属性。由于切片过程中材料的损失，通常需要在两个连续的部分之间进行数据插值。层析成像技术与连续切片相比，它是非破坏性的，可用于原位研究如在变形或加热过程。层析成像方法是基于收集在不同角度记录的一系列投影，然后将投影计算组合以创建对象或相关属性的重建。由于剪切带厚度和剪切带与周围基体的密度差均低于检测极限，这些方法无法重建剪切带的路径。

　　基于此，莱布尼茨研究所Sergio Scudino教授团队通过使用X射线衍射计算机断层扫描，将传统的二维XRD研究扩展到金属玻璃中剪切带的3D尺度。他们使用应变分布图作为剪切带特定定位工具，重建塑性变形后的Zr52.5Ti5Cu18Ni14.5Al10金属玻璃内的剪切带路径。研究了两种不同的层析成像方法:全角度层析成像和缺角度层析成像。全角度层析成像用于详细研究剪切带的影响，揭示了传统二维XRD实验中无法看到的的特征。缺角度层析成像的使用降低了重建的质量，但能够以大的纵横比分析样品，从而可以在变形过程中量化3D应变。相关论文以题为“Strain fields as local probe for X-ray diffraction tomography: Non-destructive reconstruction of shear band paths in metallic glasses”发表在Journal of Alloys and Compounds上。

　　图1 (a)金属玻璃的二维XRD特征图，以及(b)无应变和(c)有应变样品的衍射强度与方位角和波矢量的关系。

　　图4 样品a中晶体杂质(红色特征)的位置通过计算每个尖锐衍射峰的数量并将其作为输入来创建正弦图来重建位置。

　　总之，作者证明可以使用X射线衍射层析成像通过剪切带产生的应变场来重建金属玻璃中的剪切带路径。由于层析轴与剪切带方向平行，重构了沿层析轴的应变分量。重建的剪切带路径是波状的，与先前在更小长度尺度上的研究一致。间歇应变对应于具有轴对称分量的区域，在纳米尺度上，与Eshelby夹杂产生的应变场的旋转不变部分有关，在更大的尺度上与形成空腔的优先位置有关。虽然本工作所提供的分析是在剪切带上重建二维平面，但三维路径可以通过测量和叠加相邻平面来获得。本文提出的层析成像方法提供了原位研究应变演化的可能性，并为4D层析成像打开了大门，其中可以生成作为时间，温度或载荷函数的动态3D重建。该研究为理解金属玻璃结构与剪切带之间的关联提供了新的视角，有助于理解金属玻璃的3D塑性变形。（文：Keep real）

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