11月3日上午，松山湖材料实验室里，非晶材料团队工程师闫玉强正在给记者展示非晶材料。“我们发现非晶合金是可燃的，再经过对非晶材料的改性，比如在材料表面改性储氢或者成分调控，可以让它更剧烈燃烧，并在自然环境下存放数年也不会失效。”解释之余，闫玉强用镊子夹出并点燃了丝带状的非晶合金材料，非晶合金材料摇身一变“仙女棒”，迸发出绚烂的火花。

非晶合金材料，又被称作金属玻璃或者液态金属，是集高强度、高硬度、耐腐蚀、超塑性、软磁性等优异的性能于一体的具有颠覆性的新一代绿色环保高性能金属材料，在新能源、高端制造业、国防和核领域、航空航天关键构件等高新技术领域有重要的战略应用价值。

闫玉强所在的新一代非晶合金研发与关键应用探索团队（下称“非晶材料团队”）成立于年，由中国科学院院士、材料物理学家汪卫华为学术带头人，团队科研人员已经在非晶合金材料领域耕耘30余载，在Nature，Science，PRL等国际著名期刊发表SCI学术论文数余篇。

磨砥刻厉，极深研几。近年来，该团队正在解决当前非晶合金材料领域的最大的“卡脖子”难题——快速寻找并筛选出高非晶形成能力的新合金体系，这也是近一个世纪以来一直没有突破的材料科学的关键科学问题，是凝聚态物理最具挑战性的重要科学问题之一。

摸索：让快速筛选非晶成为可能

如何区分晶体与非晶体？在实验室里，闫玉强拿出两个装着小铁球的盒子，一个盒子里，大小均匀的小铁球整齐均匀排列，另一个盒子里，大大小小的小铁球排列则规则不一。“小铁球可以看作原子，规则排列的铁球盒子就像原子有序排列的晶体，不规则排列的就像原子无序排列的非晶体。晶体与非晶体就是从微观结构上区分的。”他解释道。

正因为拥有独特结构，非晶合金兼具金属和非晶、固体和液体特性，在能源、信息、生物医疗等高新技术领域有重要的应用与支撑作用。然而，无序结构比有序结构更难探索了解，非晶合金的世界就像一块块未被开发的地图，需要胆大心细的科研人员逐个拨开迷雾。

早上8点半，闫玉强拿起元素周期表，准备开始自己的实验。第一个任务，他正在设计合成非晶材料的成分。“我最喜欢做的事情就是看元素周期表，元素就是这么多，但我们的世界都由它们来组成。”有感于元素的神奇，闫玉强平时会到处收藏不同的元素周期表，在工位上也放了几张不同样式的元素周期表。

要制备非晶合金，相当于需要探索出哪些元素配比能制成无序原子结构，“我们在一个硅基片上制备出成千上万个不同元素配比的成分，再快速地进行材料表征，就是确定这些材料的结构特征。比如4:6的是非晶态，3:7的就变成晶体态了，那我们就需要对配比进行调整。”闫玉强解释，不同元素成功配比为非晶态后，就会被记录至资料库，方便下次调用。

“材料制备是后续研究的基础，如果粗心大意，不能稳定制备出相同的材料，即使性能再好，不能重复出来之后的工作就等于零。”闫玉强介绍，在材料制备成功后，就要对材料进行测试，验证是否为非晶合金。

以往测试非晶的流程，须将材料切成薄片，再进行表面抛光，进而测试设备，一套流程要近70多分钟。一个想法在闫玉强心中萌生：能否精简测试流程，进一步提高效率？

凭借对非晶材料的了解，他形成了一套自己快速筛选非晶材料的方法：非晶合金是无序的，兼具金属和液体的特性，因此表面是光亮的类似液态水银；非晶的弹性性能优异，因此摔击的声音是清脆的；利用非晶合金的各向同性，因此用剪刀剪断后的截面的痕迹是统一的。

“我生活的时候，其实也在工作。”闫玉强说，放假时他会与家友在松山湖骑行、散步，但脑子里也时不时会蹦出“非晶”二字，他经常会思考如何提高非晶材料的筛选效率，“这个太繁琐了，这个步骤能缩减吗……”听到闫玉强自言自语，家里人早已习以为常，而闫玉强往往是和家人讲解时打通了思路。

在团队老师和同学的共同努力下，非晶合金材料团队科研人员采用材料基因工程理念，开发了独特的高通量实验方法，实现了非晶合金的快速筛选，研制出高温高强非晶合金材料新体系。这能够解决当前非晶合金材料领域的最大的“卡脖子”难题——以前只能用淘汰式方法，找一个新材料需要一两年时间，非常盲目低效。现在找到新材料时间则缩短至两个月。

这不仅能解决近一个世纪以来对非晶形成的物理机制认识不清晰的难题，更颠覆近60年以来传统试错法与凝固技术制备非晶合金的方法与思路，突破30年以来限制非晶合金规模应用的材料尺寸瓶颈问题，获得一系列高性能非晶合金材料，实现大尺寸非晶合金材料的制造，为非晶合金在关键技术领域的应用，奠定理论基础，提供技术支撑。

钻研：让非晶材料不再“未知”

闫玉强并非从一开始就从事非晶合金研究，相反，化学专业出身的他最开始研究的是将非晶态转成晶体态。但在深圳大学求学期间，非晶合金成型课题组教授马将成为了闫玉强科研转折点的领路人，让他从“寻找有序晶体到寻找无序非晶体”。

非晶合金材料本身是高强度、高硬度的固体，一毫米的非晶合金材料就能拖动一辆家用的小车。“但当它放置在加热基板上，达到一定的温度后，非晶合金就会变得跟橡皮泥一样，可以做成各种各样的形状。”在显微镜下，闫玉强清楚地看到纳米线、纳米棒，并且发现非晶合金的活性会随着它的尺度而变化，非晶合金的热塑性给他留下了印象深刻，“非晶合金材料特别有意思，这也最终让我决定在非晶材料领域做一些研究。”

目前，科学界对非晶材料仍知之甚少，凭借对非晶材料的热爱，闫玉强所在的非晶材料团队正刻苦钻研有关它的一切。实验室里有一台检测设备，但并不专用于非晶材料，工程师们就根据实验需要对它进行了“改造”。

以往，非晶材料团队对非晶合金材料激光镀膜时，会有一束光透过玻璃镜，挥发性元素会积淀在上，导致玻璃镜观察窗被污染。实验3小时后，光就会无法穿过，但整体实验设备需要支撑3到7天。

团队集体思索着，既然光束只聚集在某个区域，如果只留一个开放窗口，其余部分用遮光板挡起来，这块窗口用完之后，就可以把玻璃片旋转，被污染的区域就会转到另一个地方，新的玻璃片又来到开放窗口处。这个装置最终被工程师们手工设计出来，外装至原有的设备上。

“这个装置花费了3个月时间，在实验过程中一直改进，到现在已经是第3个版本了。”闫玉强说，非晶材料团队一直在思想碰撞间解决研究中的大小问题。每周，非晶材料团队会固定一个研讨时间，各自分享研究进展。“大家都会放开讨论，有时候我遇到的问题，可能在其他研究员已经遇到过并且解决了。”

日复一日的研究并不让闫玉强感到枯燥，因为探索非晶材料是未知的，元素的排列组合是无穷无尽的。“我每天都在做一些新的事情，也是我工作最大的乐趣。当谜底接揭开的那一刻，而且是由你揭开的那一刻，会有很高的成就感。”工作之余，闫玉强也会给小朋友做科普，尽管孩子们并不了解什么是非晶合金，什么是实验，但闫玉强希望通过“好奇”，为孩子们种下一颗科学的种子。

除了新型非晶合金材料研发，团队也致力于非晶合金的应用基础研究，创新非晶合金加工方法，利用力、热、光、电、磁、声等多场耦合技术突破非晶合金形成能力的尺寸限制，实现关键精密结构件的制造。其研究成果可运用在新能源、消费电子、精密制造、航空航天领域。

事实上，非晶材料团队的研究工作，正是对松山湖材料实验室理事长王恩哥“三品论”理念的践行：“传统的大学、研究院所通常做的是‘样品’，我们这里要做的是‘产品’，并且要瞄准‘商品’目标，解决产业化过程上的技术难关。”

“在科技成果向产业化转移的死亡谷上架一座铁索桥。”这是走进松山湖材料实验室便映入眼帘的标语，更是松山湖材料实验室科研人员、研究团队的初心使命，推动着松山湖科学城科研工作迈向世界前沿。

来源：南方＋

审读：王叶林