本文介绍了一种用于研究金属玻璃中结构转变的ex situ和in situ实验方案。我们采用了基于核的分析方法，用于探测超精细相互作用。我们展示了在温度驱动实验过程中，穆斯堡尔光谱法和同步辐射核共振向前散射技术的应用可行性。
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本文内容
摘要
摘要
我们展示了两种基于核分析的方法，可用于追踪铁基金属玻璃（MGs）微观结构排列的变化。尽管金属玻璃具有非晶态特性，但通过识别超精细相互作用，仍可揭示其微弱的结构变化。为此，我们采用了两种利用稳定同位素57Fe核能级间核共振的技术，即穆斯堡尔谱学和同步辐射核共振前向散射（NFS）。本文分别通过原位（in situ）和离位（ex situ）实验结果，讨论了热处理对(Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14金属玻璃的影响。由于这两种方法均对超精细相互作用敏感，因此可直接获得有关结构排列及磁性微观结构的信息。离位（ex situ）条件下进行的穆斯堡尔谱学测量描述了在特定退火条件（温度、时间）下处理后，室温时的结构排列和磁性微观结构状态，因此该技术用于研究稳态。另一方面，NFS数据是在温度动态变化过程中原位（in situ）采集的，用于探测瞬态过程。这两种技术的结合使用可提供互补的信息。总体而言，这些方法可应用于任何需要同时了解其稳态和瞬态状态的合适体系。
引言
通过熔体快速淬火制备的铁基金属玻璃（MGs）是一类具有众多实际应用价值的工业材料1。尤其是其磁学性能通常优于传统的（多）晶合金2,3。为了更充分地利用其优异的参数，需明确其在高温条件下的响应行为。随着温度升高，非晶结构发生弛豫，最终开始结晶。在某些类型的金属玻璃中，这可能导致其磁性参数退化，从而性能下降。然而，存在若干类具有特殊成分的铁基金属玻璃4,5,6,7，其中新形成的晶粒非常细小，通常尺寸低于约30 nm。这些纳米晶能够稳定材料结构，从而在较宽的温度范围内保持可接受的磁性参数8,9。这类材料即所谓纳米晶合金（NCA）。
金属玻璃在高温和/或严苛条件（电离辐射、腐蚀等）下的长期性能可靠性， 等等。) 需要对其行为和个体物理参数有全面的了解。由于金属玻璃（MGs）为非晶态，适用于其表征的分析技术种类较为有限。例如，衍射方法仅....
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方案
1. MG的制备
注意：为了展示核频率谱（NFS）与穆斯堡尔谱联用的广泛诊断能力，设计了一种合适的非晶合金（MG）成分，即 (Fe3Co1)76Mo8Cu1B15（原子百分比）。该体系在晶化开始之前即表现出从铁磁态到顺磁态的磁性转变。此外，在初次晶化阶段析出的晶粒形成体心立方结构的 Fe,Co（bcc-Fe,Co）相。由于钴取代了部分体心立方晶格中的铁原子位置，相应的超精细相互作用会出现偏差 。
- 熔体的制备
注意：穆斯堡尔谱学和NFS通过超精细相互作用探测局域原子排列 57样品中所含的铁原子核。该稳定核素在所有铁同位素中的自然丰度仅为2.19%。为缩短采集时间 原位 NFS 实验中，相对含量的 57铁同位素丰度应提高至约50%。- 取一个石英玻璃坩埚（圆柱形，直径15 mm），在其内壁涂覆氮化硼以避免坩埚壁中的硅对内容物造成可能的污染，然后加入0.4050 g高富集度的 57Fe（约95%）和0.5267 g标准电解纯铁（纯度99.95%）加入该坩埚中。混合物总质量为0.9317 g，可确保同位素富集度约为50% 57Fe
注意：由于稳定同位素标记物价格较高....
- 取一个石英玻璃坩埚（圆柱形，直径15 mm），在其内壁涂覆氮化硼以避免坩埚壁中的硅对内容物造成可能的污染，然后加入0.4050 g高富集度的 57Fe（约95%）和0.5267 g标准电解纯铁（纯度99.95%）加入该坩埚中。混合物总质量为0.9317 g，可确保同位素富集度约为50% 57Fe
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结果
XRD 图谱在 图2 呈现宽而无特征的衍射峰。所观察到的衍射峰表明，制备的（Fe2.85Co1)77莫8铜1B14 MG 为 XRD 非晶态。
由于XRD具有较高的灵敏度，其在揭示表面结晶方面存在一定的局限性。当晶粒含量低于约2-3%的金属玻璃（MG）时，通常不会产生显著影响。因此，有时会使用“XRD非晶”这一术语。
在图3中记录的DSC初始下降是由淬火态金属玻璃在加热过程中发生的结构弛豫引起的，该过程发生在最高约400 °C的中等温度热处理期间。随后DSC信号的显著下降对应于结晶的第.......
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讨论
原位外 Mössbauer 效应实验描述了在施加热处理后所研究的金属玻璃（MG）中达到的稳定状态。每个谱图均在室温下采集数小时。因此，可依据退火条件追踪最初非晶结构的演变过程。由于 Mössbauer 谱学对作用于共振核的超精细相互作用敏感，因而能够揭示高温诱导的结构和/或磁性细微变化。然而，所研究的样品是在环境条件下检测的，此时暂时改变的条件（例如，温度升高）的影响已经结束。
原位 NFS 实验以动态模式研究金属玻璃（MG）在变温条件下的行为。这为理解所关注体系（此处为金属玻璃）的行为提供了全新的定性视角。值得注意的是，NFS 数据在一分钟内即可获得，从而实现了对超精细相互作用演化过程的实时观测，而这一点通过传统的穆斯堡尔谱学几乎无法实现。然而需要指出的是，所获得的参数是在数据采集的一分钟时间间隔内的平均值。尽管如此，在如此短的时间范围内，各个参数可能发生的变动可视为微不足道。
穆斯堡尔谱学和核共振荧光散射（NFS）均通过探测铁共振原子局域环境的超精细相互作用来获取信息。因此，可.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作由斯洛伐克研究与发展署资助，合同编号为 APVV-16-0079 和 APVV-15-0621，VEGA 1/0182/16 和 VEGA 2/0082/17 基金，以及帕拉茨基大学校内研究资助项目（IGA_PrF_2018_002）。我们感谢 R. Rüffer（欧洲同步辐射设施，格勒诺布尔）在同步辐射实验中提供的帮助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 稳定同位素 57Fe | Isoflex USA | 铁-57 | 金属形态 |
| 标准电解铁，99.95 % | Sigma Aldrich（默克） | 1.03819 | 细粉 |
| 电解钴，99.85 % | Sigma Aldrich (Merck) | 1.12211 | 细粉 |
| 电解铜，99.8 % | Sigma Aldrich（默克） | 1.02703 | 细粉 |
| 电解钼，99.95 % | Sigma Aldrich（默克） | 1.12254 | 细粉 |
| 结晶B，99.95% | Sigma Aldrich（默克） | 266620 | 晶体的 |
| M 校准箔ö穆斯堡尔谱学，体心立方铁 | GoodFellow | 564-385-23 | 箔片，0.0125 mm，纯度99.85 % |
| HNO3 酸，ANALPURE Ultra | 捷克共和国，布拉格，Analytika Praha | UAc0061a | 浓度 67 %，体积 500 mL |
| 原子吸收光谱法用光谱仪 | Perkin Elmer 1100，德国 | ||
| 电感耦合等离子体光学发射光谱仪 | Jobin Yvon 70 Plus，法国 | ||
| X射线衍射仪 | Bruker D8 Advance，美国 | ||
| 差示扫描量热仪 | Perkin Elmer DSC 7，德国 |
参考文献
- McHenry, M. E., Laughlin, D. E. Nano-scale materials development for future magnetic applications. Acta Mater. 48 (1), 223-238 (2000).
- Chang, Y. -H., Hsu, C. -H., Chu, H. -L., Chang, C. -W., Chan, W. -S., Lee, C. h-Y., Yao, C. -S., He, Y. -L. Effect of uneven surface on magnetic properties of Fe-based amorphous transformer. Int. J. Elect. Comp. Energetic, Electronic and Commun. Eng. <....
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