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材料科学家和工程师旨在设计和开发具有优异性能的大块金属玻璃（BMG）。主要的技术挑战是在实验室中扩大其尺寸并改善材料性能。现在，JiangMa和一组跨学科研究人员在《ScienceAdvances》上发表文章，通过微/纳米光机电工程，机械工程，计算科学研究和力学与物理研究所的各个部门合作解决了这个问题。他们展示了一种使用金属玻璃带合成BMG（散装金属玻璃）和金属玻璃-玻璃复合材料的新方法。使用超声波振动他们充分激活了超薄表面层内的原子尺度应力松弛，从而在低温下加速了碳带之间的原子键合。远远低于玻璃化转变点。新方法克服了与常规方法有关的尺寸和成分限制，以促进具有独特物理性能的金属玻璃的快速粘结而不会结晶。研究工作为合成扩展成分的BMG开辟了一个新窗口，从而使迄今为止尚未报道的多功能玻璃-玻璃复合材料的发现成为可能。
玻璃是整个人类历史上必不可少的材料，在科学研究和日常生活中发挥着实际作用。天然或人造玻璃的变体在光学，生物技术，医学和电子学中有着极端的应用。自从发现以来，大块金属玻璃是研究致密无规包装玻璃的结构和性能的很好的典范材料。由于其高弹性极限和出色的耐磨/耐辐射性，该材料在未来的应用中非常有希望用于开发体育用品，生物医学设备和电子设备。
然而，已知的形成玻璃的金属液体的结晶速率仍比诸如聚合物，硅酸盐或分子液体的普通玻璃形成材料高几个数量级。因此，玻璃成型能力（GFA）仍然是基础研究的长期课题，同时也为BMG的潜在应用引入了瓶颈。目前，仅在有限数量的系统中发现高级GFA，可形成基于铅（Pd），锆（Zr）和钛（Ti）的BMG。过去，研究人员通过结合热力学，火花等离子烧结，热塑性连接方法，为了解和改进BMG的GFA以克服现有限制做出了巨大的努力。以及最近由人工智能引导的高通量组件选择。
研究人员通过研究多种材料，发现非晶材料（没有可检测的晶体结构的材料）的表面迁移率比散装材料快得多。也有有力的证据将快速的表面动力学从单原子层扩展到纳米级以形成无定形材料。尽管先前的工作表明快速的表面原子动力学可以加入不同类型的金属玻璃，但仅在低温下触摸两个金属玻璃表面并不能立即促进金属键的形成。为了通过加速表面原子迁移率来加入金属玻璃，必须施加压力并升高温度。在目前的工作中，Ma等。大大加快了表面迁移率，在室温下的超声振动下可形成超快速的金属结合。它们克服了玻璃合成能力（GFA）合成BMG（散装金属玻璃）和形成金属玻璃复合材料（GGC）的极限，目前为止尚未见报道。
为了探索金属玻璃表面和整体上的活化能，科学家将分子动力学（MD）模拟与活化松弛技术nouveau（ARTn）相结合。在物理上，激活能量与能量需要触发相邻子流域之间的局部跳变的潜在能源格局。为了对金属玻璃表面的活化能分布进行统计分析，研究团队将样品模型划分为平行于表面的四个不同厚度的层，厚度分别为4埃。实际的表面层表现出异常低的能量（约0.05eV），以指数衰减模式表现，表明本体区域中的活化能与表面不同。
为了进一步了解金属玻璃的表面活化作用，研究人员通过使用动态扫描探针显微镜（DSPM）绘制了其基于模型的锆（Zr）的金属玻璃膜的粘弹性损耗角正切（材料的无量纲测量），研究了其表面迁移率。在循环机械搅拌下，局部表面的某些表面原子被高度活化以耗散机械能，而其他表面原子则没有。该映射结果强烈支持金属玻璃中的表面原子保持快速迁移的观点。Ma等。因此，期望在适当的高驱动频率的情况下有效地激活快速键合过程。
为了促进高驱动频率诱导的快速粘合过程，科学家对破碎的BMG碳带进行了超声波振动。为此，他们将金属玻璃带样品放在带有硬质合金腔的基板上，并施加较低的预加载压力（12MPa）以将玻璃带紧密夹紧。然后，他们以20,Hz的频率施加超声波发生器（声学钻）。该团队使用了三种不同的典型合金系统，包括镧（La）基，铅（Pb）基和锆（Zr）基金属玻璃带样品，这些样品以前是使用传统的熔纺工艺制备的。
使用专门设计的实验装置，他们在不到两秒钟的持续超声波振动下，将色带连接在一起，成为一个大块样品。Ma等。使用带状原料设计的基于Zr的散装棒，包括使用相同工艺的La基和Pd散装棒。但是，如果研究人员在超声波振动之前将带状样品结晶，则不会观察到“粘结”效应，从而导致碎屑破裂。值得注意的是，独特的无定形性质是碳带结合形成BMG的关键，而BMG是在高频超声振动过程中保持无定形的非晶态样品。超声制造的BMG铸态样品致密，孔隙率低。新方法的初步结果有望开发出大尺寸的金属玻璃。
受到最初结果的启发，Ma等人。利用高频振动设计了具有多个非晶相和成分的BMG，并创建了结合了不同类型色带的多相BMG。为此，他们将不同系统的金属玻璃带切成片，在模腔中混合，然后使用超声振动将玻璃带大块地连接在一起，获得大块样品。
该研究小组使用X射线衍射图来证明单相和多相BMG均保留了其非晶态结构。科学家还使用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）研究了BMG的微观结构和原子结构，以确认存在不同相的独特非晶态结构。为了研究整个界面上的元素分布，他们使用了能量色散光谱（EDS）并指出了通过扩散的混合程度。此后，使用分子动力学（MD）模拟，Ma等。揭示了启用超声的快速键合的原子起源，并指出表面原子的迁移率与整体原子的迁移率完全不同；这是典型用于非晶态材料。
通过这种方式，姜马及其同事演示了一种超声激活的连接方法，该方法通过使用单个或多个非晶相来合成大尺寸金属玻璃。该过程从根本上与金属玻璃的超快迁移率有关。新方法允许设计多个相和微观结构。研究成果将建立一个新的灵活的过程来设计和设计新颖的金属玻璃系统，以极大地扩展非晶材料的应用。