像陶瓷一样硬，像金属一样韧：一种新型块体金属玻璃

金属材料通常强度不足、高温下容易软化；陶瓷材料虽耐高温，却天生脆性大、抗冲击能力差。如何同时获得高强度、高韧性与优异热稳定性，一直是材料科学的重大挑战。本文报道了一种新型铼-钴-钽-硼（Re-Co-Ta-B）块体金属玻璃（BMG），成功兼顾这三方面性能：其断裂强度高达约6.43吉帕，超过以往所有块体金属玻璃和晶态金属，接近先进陶瓷；同时断裂韧性达约30兆帕·米½，远高于同类陶瓷——真正实现了‘陶瓷般强度 + 金属般韧性’。该材料在900开尔文（约627℃）高温下仍能保持4.4吉帕强度，氧化和腐蚀几乎可忽略，展现出极强的热稳定性和环境耐受性。研究人员通过同步辐射实验和像差校正电镜发现，这种优异性能源于其独特的非晶结构：该结构继承了Re₇B₃金属间化合物所具有的高度有序的短程晶体结构特征。进一步的第一性原理计算表明，铼（Re）与硼（B）之间形成的定向共价键，被嵌入在金属基体中，巧妙地融合了陶瓷的强共价键与金属的延展性金属键。这一发现揭示了‘结构遗传’（structural heredity）的新思路——即让非晶材料‘继承’某些晶体相的局部有序结构，从而定制出过去无法实现的综合性能，为下一代高性能非晶材料的设计提供了全新范式。