非晶态材料处于非平衡态,弛豫是其本质特征,弛豫行为决定了非晶态材料的基本特征和应用,因此非晶态材料的研究也是围绕着弛豫的研究而进行。近些年,金属玻璃因其简单的原子结构和独特的性能,在科学研究和工程应用上发挥着越来越重要的作用。虽然金属玻璃在结构上相比于其它非晶态材料要简单得多,但其弛豫行为的复杂性丝毫不亚于其它非晶态材料。近些年的研究成果表明,金属玻璃中的弛豫行为与其结构和性能有着重要联系,但它们之间的关系仍然没有被成功建立。因此,研究金属玻璃的弛豫动力学行为,明确其弛豫特征和物理机制,以及揭示它与结构和性能之间的联系,具有非常重要的意义。超快量热分析技术是基于传统热分析技术上的重要技术突破,其超高的升降温速率和超宽的速率范围,以及超高的时间分辨率,为研究非晶态材料的弛豫动力学行为提供了新的契机。本论文借助超快量热分析技术对金属玻璃的弛豫行为及其动力学进行研究,论文内容主要分为以下三个部分:一.铝基金属玻璃的超高液体脆度导致其超差的玻璃形成能力。铝基金属玻璃具有非常差的玻璃形成能力,一般在传统加热速率下容易发生晶化,因此,到目前为止其玻璃转变和过冷液体还没有被测量和表征。在这个工作中,通过具有超高升温速率的超快量热仪,清晰地捕捉到了铝基金属玻璃的玻璃转变过程和一定温度宽度的过冷液相区,这为探究其过冷液体性质提供了可能。随后,对二十种铝基金属玻璃的玻璃转变动力学行为进行系统地研究,揭示了铝基金属玻璃具有接近理论极限的液体脆度,同时发现了存在于金属玻璃中的液体脆度和玻璃形成能力之间的非线性关系。当前的研究结果表明,铝基金属玻璃超高的液体脆度可能是控制其玻璃形成能力的最重要因素,为设计和开发新型大块铝基金属玻璃提供了新思路。二.在快速冷却的金属玻璃中,赝玻璃转变是β弛豫的热力学信号。超快量热分析技术,在高升温速率下,可以清晰地捕捉到未经退火处理的快速冷却金属玻璃的赝玻璃转变信号,这不仅为使用超高速量热分析仪研究赝玻璃转变的动力学行为提供了可能,而且摆脱了使用传统热分析需要对样品进行退火处理的繁琐。随后,通过超快量热分析仪,系统地对二十四种快速冷却金属玻璃的赝玻璃转变的动力学行为进行研究,发现了金属玻璃中的赝玻璃转变和β弛豫相关联的实验证据:（1）赝玻璃转变和β弛豫遵循相同的温度-时间依赖关系,并且它们在更高温度下合并进入玻璃转变（或者α弛豫）;（2）在β弛豫越明显的金属玻璃中,其赝玻璃转变也越明显,反之亦然,且它们的相对强度也是成比例的。这些结果充分证实了在快速冷却金属玻璃中的赝玻璃转变是β弛豫的热力学表现。该研究克服了传统量热方法不能探测玻璃材料β弛豫行为的不足,并建立了玻璃动力学与热力学之间的联系。三.与相同化学成分的金属玻璃相比,微观结构不稳定的镍磷纳米玻璃具有明显不同的弛豫行为和性质。镍磷金属玻璃和纳米玻璃的弛豫动力学行为和性质,被系统地研究和比较。首先,相比于一般块体金属玻璃,镍磷金属玻璃的过冷液体展现出更“脆”的液体行为,而这种高的液体脆性可能导致了其差的玻璃形成能力。其次,发现了纳米玻璃和金属玻璃之间弛豫动力学性质和性能的差异:与普通甩带得到的金属玻璃相比,具有界面区域结构的纳米玻璃,不仅有着更大的焓弛豫面积,更高的玻璃稳定性,和更明显的β弛豫峰,还有着与相同成分的金属玻璃相似的抗晶化能力。最后,通过对纳米玻璃进行退火处理,实现了对纳米玻璃微观结构的调控,证实了结构弛豫与微观结构之间的联系。当前的结果不仅对拓宽玻璃态弛豫的研究有着重要意义,更是对设计具有更好玻璃性能的金属玻璃具有重要参考价值。本论文不仅有助于从量热分析技术角度更深层次地理解金属玻璃的弛豫行为及其动力学,而且对我们思考如何从弛豫角度指导开发大块金属玻璃和调控金属玻璃的性能也有着深刻地启发意义。同时,也为我们研究金属玻璃中的弛豫动力学提供了新思路。