低玻璃轉換溫度之非鐵基塊狀金屬玻璃之研究

近來在成本效益的考量下，可預期具有低玻璃轉換溫度及低成本之塊狀金屬玻璃將可提升其應用上的價值。本研究主要在於開發新式金基及鈣基塊狀金屬玻璃，與研究其熱機械性質及探討微量添加元素之影響，並試圖找出新的應用。對於具有低玻璃轉換溫度的四元金基塊狀金屬玻璃而言，Sn被用來降低Au的含量以提升其成本效益。此塊狀金屬玻璃之有效黏度範圍為1E8 − 1E9 Pa.s。而其最低黏度值約落在100 °C，這將使得此塊狀金屬玻璃能在沸水中便易於加工變形。因此，此塊狀金屬玻璃將可被應用於奈米壓印，奈米微機電系統，珠寶首飾，及牙科補綴材料。再者，對於同樣具有低玻璃轉換溫度的鈣基塊狀金屬玻璃而言，因組成成分所需成本較低，故屬於具有成本效益之塊狀金屬玻璃。Li的微量添加除了可降低Ca65Mg15Zn20塊狀金屬玻璃本身之玻璃轉換溫度之外，並無太大的效用，卻反而會增加Ca65Mg15Zn20塊狀金屬玻璃之黏度。故Ca65Mg15Zn20 和 (Ca65Mg15Zn20)95Li5塊狀金屬玻璃之有效黏度範圍為1E7 − 1E8 Pa.s。至於(Ca65Mg15Zn20)95Al5 和 (Ca65Mg15Zn20)95Cu5塊狀金屬玻璃之有效黏度則較低，在1E7 Pa.s的範圍之內。其中，(Ca65Mg15Zn20)95Al5塊狀金屬玻璃具有最低的黏滯活化能(1.8 eV)及最大的形變量，以證明其具有最佳的可加工形變能力。為了將鈣基塊狀金屬玻璃應用於空氣電池，所以使用一簡單的三元Ca65Mg15Zn20塊狀金屬玻璃以清楚瞭解其在氫氧化鉀溶液中之電化學性質。藉由陽極極化量測分析可以知道，在高濃度的氫氧化鉀電解液中，Ca65Mg15Zn20塊狀金屬玻璃可觀察到最低腐蝕電流密度為63(1E6) A/cm2，以及相對應的最慢腐蝕速率為2 mm/year。較高的腐蝕電位意味著較易形成鈍化層而產生抗腐蝕的保護作用。對於這些特殊的腐蝕行為而言，鈍化層為非常重要的抗腐蝕關鍵。而表面分析的結果說明鈍化層主要是由氫氧化鈣，氫氧化鎂，氫氧化鋅所組成。經由放電測試提供了鈣基塊狀金屬玻璃應用於空氣電池的初步結果，發現其於稀KOH中表現較佳，與傳統鋅空電池不同。相信此研究除了拓展鈣基塊狀金屬玻璃之應用面外，也將使得塊狀金屬玻璃未來於空氣電池之應用開啟一扇門戶。

關鍵字

低玻璃轉化溫度；塊狀金屬玻璃；金基；鈣基；熱機械性質；黏度；腐蝕；空氣電池

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Low glass transition temperature ； Bulk metallic glass ； Au-based ； Ca-based ； Thermomechanical property ； Vuscosity ； Corrosion ； Air battery

參考文獻

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