Predicting Bulk Metallic Glass Forming Ability with the Thermodynamic Density of Competing Crystalline States
尽管经过二十年的研究，金属玻璃的形成，非常有前途的工业应用系统，仍然是大部分无法解释的。这种知识的缺乏阻碍了对新系统的探索，新系统仍然是通过组合试验和错误来执行的。过去，人们推测结晶过程中的某种“混乱”可能在它们的形成过程中起着关键作用。在这篇文章中，我们提出了一个启发式描述量化这种混乱。它是基于“竞争结晶态的热力学密度”，从高通量从头计算参数化。高度非晶简并但几何形状不同的相的存在阻碍了结晶过程并促进玻璃形成。两个测试床被认为是。一个好的和坏的玻璃形成，CuZr和NiZr，实验特征在于高通量合成。实验结果证实了启发式描述符在预测玻璃形成能力，通过组成空间的能力。我们的分析有望加深对潜在机制的理解，并加速发现新的金属玻璃。
2016-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Efficient Learning Strategy for Predicting Glass Forming Ability in Imbalanced Datasets of Bulk Metallic Glasses
本文分析了非晶块体金属玻璃数据不平衡对机器学习预测玻璃形成能力的影响，提出基于修剪数据集与主动实验迭代学习的高效策略，并建立自动化工作流程以加速新成分开发。
2024-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamics, kinetics and fragility of bulk metallic glass forming liquids
本文综述了大块金属玻璃形成液体的动力学和热力学脆性。介绍了测定过冷金属液体动力学脆性、弛豫行为和热力学函数的实验方法。现有的数据进行了评估和讨论，使用Vogel-Fulcher-Tammann方程和亚当-吉布斯的框架，以及科恩-特恩布尔自由体积的方法。与纯金属和大多数非玻璃形成合金相比，大块玻璃形成剂是中等强度的液体。通常，脆性参数$D^{*} $随着合金的复杂性而增加，合金族之间存在差异，例如，贵金属基合金比Zr基合金更脆。至少一些块状金属玻璃形成液体，例如Vitreloy 1，经历从高温下的脆性状态到低温下的强状态的转变，表明在Zr基合金中这种行为是常见现象。
2014-05-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Control of Static Friction by Designing Grooves on Friction Surface
本研究通过有限元数值模拟和理论分析，揭示了在粘弹性物体摩擦表面设计凹槽可降低有效粘度，从而减小静摩擦系数，并建立了前驱滑移临界面积的标度律。
2023-11-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermo-micro-mechanical simulation of bulk metal forming processes
新提出的冷态和温态多晶粘塑性的微结构本构模型（Motaman和Prahl，2019）通过有限元（FE）软件中的用户定义的材料子程序实现为微结构求解器。将微结构求解器添加到标准FE包的默认热和机械求解器中，实现了冷和温块体金属成形过程的热-微-机械或热-微结构-机械（TMM）耦合模拟。微结构求解器，增量计算微结构状态变量（MSV）的演变和它们的相关性的热和机械变量，实现各向同性亚弹粘塑性（HEVP）有限（大）应变/变形的本构理论的基础上。详细说明了有限元实现的数值积分和算法步骤。然后，这种方法的可行性显示（TMM-）有限元模拟的工业多步温锻。
2019-02-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Computational studies of the glass-forming ability of model bulk metallic glasses
块体金属玻璃（BMG）是由过冷液体金属合金在低于玻璃化转变温度下以远快于临界冷却速率Rc的速率快速热淬火而产生的。BMG的玻璃形成能力随R_c的降低而增强，因此好的玻璃形成体具有较小的R_c值。我们进行分子动力学模拟的二元Lennard-Jones（LJ）的混合物，以量化的关键参数，如化学计量比，粒度差异，吸引力的强度，和混合热，影响模型BMG的玻璃成形性。对于二元LJ混合物，我们发现，最好的玻璃形成的混合物具有原子尺寸比（小到大）小于0.92和近50：50的化学计量数。此外，较小原子之间较弱的吸引力相互作用有利于玻璃的形成，而负混合热（在实验相关的制度）不改变R_c显着。这些研究代表了定量预测玻璃成形性的计算方法发展的第一步。
2013-05-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Non-monotonic dependence of the friction coefficient on heterogeneous stiffness
微观尺度下摩擦动力学的复杂性使得难以确定其所有控制参数。实际上，剪切弹性体的实验表明，静摩擦系数取决于加载条件、沿界面的实际接触面积和围压。在这里，我们表明，通过一个简单的局部摩擦法的2D Burridge-Knopoff模型的数值模拟，宏观摩擦系数非单调地依赖于系统的体弹性。发生这种情况是因为弹性常数控制的粘滑动力学过程中的破裂前的几何特征，导致四个不同的有序制度，其特征在于不同的取向的破裂前相对于外部剪切方向。我们合理化这些结果通过一个充满活力的平衡参数。
2015-11-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Computer Simulations of Friction, Lubrication and Wear
综述了摩擦学的计算机模拟。本章首先简要概述了模拟技术和摩擦学过程模拟的特殊要求。然后，简单的一维模型之间的摩擦晶体表面介绍，以说明摩擦的一般特征，如亚稳性的重要性和可擦性的影响。接下来的二维和三维研究的干滑动晶体表面之间的描述，并进行比较，扫描探针实验和测量吸附单分子层上的摩擦。然后讨论润滑，从厚膜开始，并描述在体流体动力学的故障作为润滑剂的厚度减少到分子尺度。从通常的无滑移边界条件的偏差进行量化，并在分子厚膜的固体行为的发病进行了描述。探讨了不定碳薄层的固化是造成静摩擦的原因的可能性。最后一节描述粘滑运动，摩擦化学反应，加工，和微观结构在滑动接触的演变。
2000-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Relation Between Bulk and Interface Descriptions of Alloy Solidification
从一个简单的散装模型的一维稳态凝固的稀二元合金，我们得到一个界面描述，允许任意值的生长速度。我们的推导导致在界面处的通量和力的精确表达式和一组Onsager系数。此外，我们发现了一个连续的对称性，它出现在低速区，并删除了Onsager符号和对称性。一个例子是在结晶通量-力关系中有时负摩擦系数的产生。
2012-07-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Can the packing efficiency of binary hard spheres explain the glass-forming ability of bulk metallic glasses?
我们进行分子动力学模拟压缩二元硬球堵塞包装作为压缩率$R$，尺寸比$α$，和小颗粒的数量分数$x_S$的函数，以确定之间的连接的玻璃形成能力（GFA）和包装效率在大块金属玻璃（BMG）。我们通过测量临界压缩率$R_c$来定义GFA，低于该压缩率，堵塞的硬球填充开始形成具有缺陷的“随机晶体”结构。我们发现，与$α\gtrsim 0.8$的系统不去混合，$R_c$强烈减少与$Δϕ_J$，作为$R_c \sim \exp(-1/Δϕ_J^2)$，其中$Δϕ_J$是在$R_c$的无定形包装和随机晶体结构的平均包装分数之间的差异。含有$α\lesssim 0.8$的体系部分解混，这促进了结晶，但我们仍然发现$R_c$和$Δϕ_J$之间有很强的相关性。我们发现，已知的金属-金属BMG发生在该地区的$α$和$x_S$参数空间的最低值的$R_c$二元硬球。我们的研究结果强调，最大限度地提高GFA在二元系统中涉及两个竞争的影响：最小化$α$，以提高包装效率，而最大化$α$，以防止分层。
2014-04-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dissipative Tunneling Rates through the Incorporation of First-Principles Electronic Friction in Instanton Rate Theory I: Theory
涉及金属表面上的吸附物和块体金属中的杂质的反应在广泛的技术应用中普遍存在。这种反应的理论建模对理论提出了巨大的挑战，因为核量子效应（NQE）可以发挥突出的作用，并且原子运动与金属中电子的耦合引起改变原子动力学的重要非绝热效应（NAE）。在这项工作中，我们得到了一个理论框架，捕获NQE和NAES，由于其高效率，可以应用到第一性原理计算的反应速率在高维现实系统。更详细地说，我们开发了一种方法，我们硬币环聚合物瞬子与显式摩擦（RPI-EF），从环聚合物瞬子形式主义适用于系统浴模型。我们推导出一般方程，将空间和频率依赖的摩擦张量，然后结合这种方法与\textit{ab initio}电子摩擦形式主义的热反应速率的计算。我们表明，RPI-EF和电子摩擦张量的形式在这项工作中提出的连接不需要任何进一步的近似，它预计是有效的，只要两个基本理论的近似仍然有效。
2022-03-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Beyond packing of hard spheres: The effects of core softness, non-additivity, intermediate-range repulsion, and many-body interactions on the glass-forming ability of bulk metallic glasses
当液体以超过临界冷却速率$R_c$的速率冷却到远低于其熔化温度时，结晶态被绕过，取而代之的是形成无定形玻璃态。$R_c$（或相应的临界铸造厚度$d_c$）表征每种材料的玻璃形成能力（GFA）。虽然二氧化硅是具有小的$R_c<10^{-2}$ K/s的优良玻璃形成剂，但纯金属和大多数合金是具有大的$R_c>10^{10}$ K/s的差的玻璃形成剂。只有在过去的三十年中，块体金属玻璃（BMG）被确定为具有接近二氧化硅的$R_c$。最近的模拟表明，硬球模型是能够识别的原子尺寸比和数量分数制度BMG存在的临界冷却速率比纯金属小13个数量级以上。然而，除了硬核相互作用之外，原子间势还有许多其他的特征。这些其他特征如何影响BMG的玻璃形成能力？我们进行分子动力学模拟，以确定如何变化的软和非加性的排斥核心和形式的原子间对潜在的中间距离影响的GFA的二元合金。原子间对势的这些变化使我们能够引入几何挫折并改变与玻璃形成竞争的晶相。我们还研究了调整多体相互作用的强度从零到全嵌入原子模型对纯金属的GFA的影响。然后，我们采用完全嵌入原子模型的二元BMG和硬核相互作用发挥主导作用，在设置合金的GFA，而其他功能的原子间势只改变GFA的一到两个数量级。
2015-09-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anomalous Behavior of the Diffusion Coefficient in Interacting Adsorbates
朗之万模拟为研究二维周期势场中布朗粒子的集体效应提供了一种有效的方法。在本文中，我们主要集中在示踪剂（DTr）和散装（DB）的扩散系数作为摩擦的函数的行为。我们的模拟表明，在高摩擦极限，两个物理量DTr和DB定性地呈现相同的行为，耦合和去耦衬底电位。然而，对于低摩擦制度，特别是对于耦合势的情况下，一个反常的扩散行为被发现，我们还发现，在弱动力学耦合的情况下，广告粒子和基板，指数是不普遍的，而是取决于潜在的。此外，粒子间电位的变化可能会将行为逆转为正常行为。
2008-10-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
The glass-forming ability of model metal-metalloid alloys
块体金属玻璃（BMG）是一种具有理想机械性能和加工能力的金属玻璃。到目前为止，新的BMG的设计主要采用经验规则和试错实验方法。目前，从头计算方法在寻找大块玻璃形成体的可能原子组合的广阔空间中的实际使用速度非常慢。在这里，我们进行分子动力学模拟的粗晶粒，各向异性的潜力，它模仿原子间的共价键，测量金属-类金属合金的临界冷却速率作为一个函数的原子尺寸比$σ_S/σ_L$和数分数$x_S$的类金属物种。我们表明，在空间中的$σ_S/σ_L$和$x_S$的制度，其中混合良好，最佳的玻璃形成者发生斑片状和LJ颗粒混合物与实验观察到的金属-非金属玻璃形成者相一致。我们简单的计算模型提供了进行组合搜索，以确定新的玻璃形成合金的能力。
2014-12-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Theory of Specific Heat in Glass Forming Systems
玻璃形成系统中比热的实验测量揭示了比热的温度依赖性的异常，包括在玻璃化转变附近的所谓的“比热峰”。本文的目的是提供这些异常的理论解释一般和定量理论的情况下，一个简单的模型的玻璃形成。我们首先提出了新的模拟结果的比热在一个经典的二元混合物模型。我们发现，除了以前观察到的比热峰，在较低的温度下，这是在早期的模拟中观察不到的第二个峰。其次，我们提出了比热和体积模量之间的一般关系，从而提供了液体和非晶态固体状态之间的平滑连接。本文的中心结果是在系统中的团簇的微熔化和比热峰的出现之间的连接。我们将这两个峰与体积模量和剪切模量的变化联系起来。我们认为玻璃的形成伴随着体模量和剪切模量的快速变化，但这些快速变化发生在不同的温度范围内。最后，我们演示了如何构建一个理论的频率依赖性复杂的比热，预计从异质集群在液态的玻璃形成。一个具体的例子是在我们的甘油动力学模型的上下文中提供的。与频率相关的比热理论与甘油的实验测量结果吻合得很好。最后，我们指出，在玻璃成型机中，比热的温度依赖性并不普遍-不幸的是，人们需要了解每种情况。
2008-08-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Molecular dynamics simulation of the capillary leveling of a glass-forming liquid
激发最近的实验研究探测i）在玻璃的自由表面的移动层的存在下，和ii）聚合物纳米膜的毛细管平整，我们研究了方波图案的演变在一个通用的玻璃形成二元Lennard-Jones混合物在宽的温度范围内，通过分子动力学模拟。模式的振幅被监测，并且提取相关联的衰减率。后者作为温度的函数的演变表现出两个不同的行为之间的交叉，在通常由玻璃化转变温度和模式耦合临界温度界定的温度范围内。薄膜颗粒均方位移的层分辨分析进一步表明，在玻璃化转变温度以下，在表面的扩散比在本体中快得多。的表面颗粒的扩散系数是大于其散装对应的一个因素，达到105在最低温度下研究。这一因素随着加热而降低，与最近的实验研究一致。
2019-09-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Influence of Longer Range Transfer of Vapor Interface Modified Caging Constraints on the Spatially Heterogeneous Dynamics of Glass-Forming Liquids
基于Elementary集体非线性Langevin方程理论的玻璃形成液体的体弛豫，和我们最近的想法，如何界面成核修改的笼约束空间转移到一个厚膜的内部，我们提出了一个基于力的理论，在厚膜的动态梯度与一个蒸汽界面，包括集体弹性效应。定量应用的基础硬球流体和聚合物熔体的各种脆弱性。我们预测的总激活势垒的非微扰修改到约10个粒子直径成膜的大致指数空间变化。这导致预测的减少α弛豫时间梯度的双指数形式，其特征在于由一个几乎恒定的空间衰减长度，在定性符合模拟。α时间的温度变化的这些空间不均匀的变化导致局部玻璃化转变温度的大的和长范围的梯度。还计算了与系综平均介电常数和其他实验相关的平均界面层厚度。据预测，在体玻璃化转变温度下，它是相当大的，随着加热大致线性下降。预测空间非均匀幂律解耦的α弛豫时间从它的体积值，与一个有效的指数，衰减到零的距离，从自由表面在一个接近指数的方式，趋势是在定性符合最近的模拟。这种行为和双指数α时间梯度是相关的，并且可以被看作是将膜中的总势垒有效准普适分解为其体温度依赖值乘以仅与膜中的位置有关的函数的乘积的结果。
2019-06-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Elastic Properties and Glass Forming Ability of the Zr$_{50}$Cu$_{40}$Ag$_{10}$ Metallic Alloy
采用分子动力学模拟方法，在$T=250-2000$ K的温度范围内，在$p = 1.0$杆的外压下，研究了Zr $_{50}$ Cu $_{40}$ Ag $_{10}$合金的体积模量$B$、剪切模量$G$、杨氏模量$E$和泊松比$σ$.它示出的液体玻璃化转变是伴随着剪切模量$G$和杨氏模量$E$（超过$50\%$）的相当大的增加。泊松比的温度依赖性表现出从金属的典型值大约$0.32-0.33$急剧下降到低值（接近于零），这是脆性块状金属玻璃的特征。还观察到液体玻璃化转变附近的纵向和横向声速的非单调温度依赖性。用脆性指数$m$评价了合金的玻璃形成能力。发现Zr $_{50}$ Cu $_{40}$ Ag $_{10}$金属玻璃的该值为$m\approx64$，这与Zr-Cu基金属玻璃的实验数据很好地一致。
2020-12-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
