非晶合金材料基础研究的演化与国际影响

魏 秀 冯 泽 于汉超 陈凯华

（1.中国科学院学部工作局，北京100190；2.中国科学院大学公共政策与管理学院，北京100049；3.中国科学院前沿科学与教育局，北京100864；4.中国科学院科技战略咨询研究院，北京100190）

非晶合金，又称为金属玻璃或液态金属，是二十世纪五六十年代采用先进的快速急冷冶金技术和新的合金成分设计理念研制出的一类新型金属材料。这类材料，因具有独特的微观结构，即长程无序，短、中程有序，没有晶界、位错等传统意义上的结构缺陷，表现出一系列优异的力学、物理和化学性能。因此，非晶合金材料在国防、空天等高新技术领域显示出较为广阔的应用前景。从智能手机外壳到穿甲弹，从专业高尔夫球杆到变压器铁芯，非晶合金得到了广泛的应用。非晶合金新材料的出现还促进了其它学科的发展，正如汪卫华研究员在“非晶态物质的本质与特性”［1］中指出，正是由于非晶独特的无序结构，很多新的概念、制备方法、理论模型乃至新观念应运而生。可以说，非晶的发现丰富和拓展了金属物理的研究内容，积极推动了非晶态物理和材料的发展。

当前，新一轮科技革命和产业变革蓄势待发，新的结构材料或功能材料的发展都将会对社会发展产生较大的影响。而非晶合金作为一种新型材料，在这一关键时期该如何进一步发展被科学家们高度关注。非晶合金领域的发展也可以说是我国材料领域发展乃至科技进步的一个缩影。对我国非晶合金领域发展状况的系统研究，有助于该领域的科学家和科研管理人员在进一步了解国内材料科学发展状况的基础上，不断改进研究模式和思路，促进该学科的进一步发展。

当今先进的文献分析计量学发展迅速，如运用可视化方法，对包括作者、机构、国别、关键词等节点进行分析，可快速确定研究领域的经典文献和关键文献，把握学科发展趋势并探测学科演进过程中的重要变化，这也逐渐成为政策研究和学科发展战略研究较为重要的手段之一［2-4］。遗憾的是，目前对我国非晶合金领域的发展势态、问题、发展方向、国际影响力等尚未有从科学文献计量学的角度进行详细系统的研究、分析和比较。

本文以Web of Science核心合集的SCIEXPANDED（科学引文索引）数据库为数据来源，通过文献计量梳理发展历程，并对主要国家在非晶合金领域的基础研究能力以及我国在该领域的竞争态势进行全方位的分析。具体而言，一是结合文献计量的方法，从时间维度对非晶合金领域研究演进历程进行了梳理；二是为刻画“基础研究能力”，主要从研究产出、影响和效率三方面来分别衡量其知识创造的结果、扩散和绩效的水平，构建了活跃指数（Active Index，AcI）、吸引指数（Atractive Index，AtI）、效率指数（Efficiency Index，EI），并在此基础上进一步构建了衡量基础研究综合能力水平的综合能力指数（Composite Capacity Index，C-CI），以此从国家维度进行对比分析。由此，本文通过时间和国家两个维度，从纵向和横向两个角度，揭示我国在各历史阶段非晶合金领域的研究水平以及演化态势，以期为该领域的科学家、相关科技管理部门全面了解我国在该领域的基础研究竞争发展态势、问题及其国际影响力，为今后非晶合金基础研究发展制定相关政策和规划提供重要依据和参考。

1 研究方法

1.1 非晶合金材料领域基础研究演进的研究方法

本文采用科学知识图谱的方法，通过对文献共被引的分析，梳理了非晶合金材料领域研究的演进历程。科学知识图谱是一种将某研究领域的科学知识发展进程及结构采用可视化方式进行展现的方法，可以有效挖掘文献背后的特性，有助于研究者描绘某研究领域的知识架构、发展历程及研究热点，被广泛应用于研究不同学科的发展脉络及演化分析，例如《自然》（Nature）杂志近期为其150周年纪念撰写的一篇分析报告就采用了科学知识图谱的方法绘制了该杂志上发表文献的演进［5］。

文献共被引方法通过共同被其他文献引用的频次来表达两份文献的关系，频次的高低表明两份文献研究内容相似度的大小；同样，也可以将这种共被引分析的对象延伸至作者、学科等，进而形成相应的作者共被引、学术共被引［6］。目前，共被引分析的技术手段已经比较成熟，同时，随着计算机技术和可视化技术的发展，绘制知识图谱的工具越来越丰富，本文主要选择可视化工具VOSViewer对文献共被引分析结果进行展示，完成对非晶合金材料领域基础研究发展脉络的梳理。

1.2 非晶合金材料领域基础研究能力国际比较的研究方法

本文通过对各主要国家在非晶合金材料领域基础研究能力的比较研究，构建了活跃指数、吸引指数、效率指数以及衡量国家基础研究综合能力水平的综合能力指数［7］。利用以上四类指数，对中国、美国、日本、德国、法国在非晶合金领域的基础研究能力进行测算，分析各国在四类指数上的时间维度的变化趋势，以及不同国家在相同指数上的区别，以此揭示主要国家在非晶合金领域基础研究能力的区别。

1.2.1 活跃指数（Active Index，AcI）

活跃指数表征观测期内某个国家在相关研究领域的活跃程度，其计算公式见式（1）。

1.2.2 吸引指数（Atractive Index，AtI）

吸引指数是通过对文献被引量的测算来表征某国在相关领域基础研究的影响程度。具体测算公式见式（2）。

1.2.3 效率指数（Efficiency Index，EI）

效率指数是被分析国家在相关研究领域的文献被引量与文献发表量的比值，可用于考察被分析国家在相关科技研究领域的文献发表量与被引量是否相匹配。具体测算公式见式（3）。

1.2.4 综合能力指数（Composite Capacity Index，C-CI）

综合能力指数是活跃指数、吸引指数、效率指数的综合，从三个角度同时体现某国在相关研究领域的基础研究水平与能力。具体计算公式见式（4）。

式中，AcIt：i国在相关科技研究领域第t年的活跃指数；AtIt：i国在相关科技研究领域第t年的吸引指数；EIt：i国家在相关科技研究领域第t年的效率指数。

1.3 数据获取

本文充分参考非晶合金领域参考文献对主题词的界定，将检索该领域文献的关键词确定为：TS＝（（“amorphous alloys”） OR （“metallic glasses”） OR （“disordered alloys”） OR（“amorphous alloy”）OR（“metallic glass”）OR（“disordered alloy”））；文献类型为 Article；检索文献发表的时间窗口为：PY＝（1960—2019）。检索时间为2019年10月21日，共检索到27009篇文献。在这里，主要是考虑到二十世纪二十年代至六十年代是非晶合金材料相关理论的初期探索，因此，检索时间从二十世纪六十年代开始。

2 非晶合金材料领域基础研究的演化规律

图1是中国、美国、日本、德国、法国5个主要国家在非晶合金领域发表的论文数量趋势图。结合汪卫华研究员［1］关于非晶合金发展历史的介绍，我们将非晶合金的发展分为三个阶段。

图1 中、美、日、德、法5国在非晶合金领域年度发文量Fig.1 Annual Distribution of Papers Published by China，USA，Japan，Germany and France about Amorphous Alloy

2.1 1960—1990年（第一发展阶段）

自1960年美国物理冶金学家Duwez［8］教授采用熔体快速淬火方法首次制备出Au-Si非晶条带后，非晶合金引起了科学家的广泛关注，使得随后的二十年成为非晶合金研究的高潮期。1969年，非晶合金快速冷却制备方法有了突破性进展，Pond［9］等用轧辊法制备出了长达几十米的非晶薄带。这种非晶合金连续生产的技术，使得非晶合金的大规模制备及应用成为可能。随着对非晶合金研究的不断深入和快冷技术的不断发展，人们发现了许多通过液态快冷可形成非晶的合金体系，非晶合金从带、丝、薄片及粉末的形成逐渐向毫米级直径的棒材转变。如，贝尔实验室的陈鹤寿（Chen HS）教授在约103K/s的冷却速度下制备出了毫米级直径的Pd-Cu-Si非晶棒材［10］，随后又制备出了Pt-Ni-P和Au-Si-Ge两个系列的非晶合金材料［11］。但由于合金体系多限于价格昂贵的Pd基和Pt基合金［10-12］，人们对块体非晶合金的兴趣也仅限于学术研究，这些非晶合金也只能用于科学实验，难以在实际生产中发挥作用。

非晶合金的晶化、电子结构、磁学性能、杂质、模型是这一初始发展阶段较为关注的热点。这一时期，科学研究主要集中在探索大尺寸非晶合金形成的成分体系。表1给出了1960—1990年被引频次最高的20篇文献。从表中可以看出，引用最高的文章为耶鲁大学Cargill小组1975年发表在 Solid State Phys.上的工作［13］，该文综述了金属玻璃结构的研究现状，介绍了通过蒸发、溅射、电沉积和化学沉积以及液态淬火等方式产生的非晶态固体，证明了在室温下稳定存在的金属玻璃。贝尔实验室的陈鹤寿教授1980年发表在Rep.Prog.Phys.上的文章［10］也引起了较大反响。该文介绍了玻璃态的性质、各种淬火工艺和玻璃态合金，并讨论了结构模型、实验得到的结构数据和原子迁移性质，包括扩散、结构弛豫动力学、磁时效和结晶。同时系统描述了结构、化学无序和磁化状态对非晶合金力学性能和磁特性的影响。以上两篇均为综述文章。从研究成果来看，日本东北大学Masumoto教授1971年发表在Acta Metall.Mater.上关于非晶态Pd20Si80合金力学性能的工作备受关注［14］，该文研究了非晶态 Pd20Si80合金细丝的弹塑性性能，及其在不同温度热处理和晶化过程中发生的变化。其次为哈佛大学的Polk教授1972年发表在Acta Metall.Mater.上关于非晶合金结构的工作［15］。文章详细考虑了这些玻璃的结构模型，侧重于成分在这些合金中的作用，并成功地预测了在80at.%金属附近的许多贵金属或过渡金属类合金中可以得到相对稳定的非晶态合金，并且与实验确定的径向分布函数和密度符合得很好。这个工作对以上合金在液态下混合过剩熵的起源提供了一个合理解释。美国宾夕法尼亚大学的Egami教授在1978年关于退火处理对急冷法制备出的非晶合金物理性能的影响［16］也引起了较大关注。图2是这个时期文献共被引情况，可以看出Cargill、Masumoto和Chen HS教授的文章影响力较大。

图2 1960—1990年高被引文献共被引网络Fig.2 Co-citation Network of Highly Cited Papers between 1960 and 1990

表1 1960—1990年被引量最高的20篇文献相关信息Tab.1 The Information of 20 Most Cited Papers in 1960-1990

2.2 1991—2007年（第二发展阶段）

二十世纪八十年代末，随着一系列与快冷完全不同的固态非晶化技术，如机械合金化、多层膜互扩散、离子束混合、氢吸附和反熔化等制备技术脱颖而出，使得大量非晶合金材料在低于玻璃态转变温度下通过互相扩散和界面反应就可以得到。八十年代末九十年代初，日本东北大学金属研究所的Inoue教授和美国加州理工学院的Johnson教授等通过合金成分设计和金属模浇铸的方法，相继获得了直径为1～10mm的Mg-Cu-Y［17］、Mg-Ni-La［18］以及 La-Al-TM （TM＝Ni，Cu，Fe）［19］等块体非晶合金，这标志着非晶合金研究终于从沉寂中爆发出来，进入了新纪元。随后，越来越多的材料和物理学家又一次将研究集中到非晶合金上来。Pd基、Mg基、La基、Co基、Nb基等一系列块体非晶合金样品实现了临界尺寸在毫米以上量级。人们也因此开始关注非晶合金的力学性能，特别是非晶合金材料的塑性研究一度成为科学家高度关注的焦点。

在这一阶段中，晶化依然是较为关注的热点，其次过冷液相区、力学性能、热稳定性、玻璃态转变等成为较为关注的关键词。这表明，在非晶合金成分探索的基础上，科技工作者逐渐将关注点放在了非晶合金材料的物理力学性能上来。表2给出了1991—2007年被引频次最高的20篇文献。从表中可以看出，引用最高的文章为日本东北大学 Inoue教授［20］2000年发表在 Acta Mater.上的文章，Inoue教授课题组采用不同的铸造工艺，生产出厚度为1～100 mm的块体非晶合金，并阐明了过冷液体稳定性准则，这为块体非晶合金作为新的基础科学和工程材料的未来发展提供了有价值的参考。其次为美国加州理工大学的Peker和Johnson教授1993年发表在Appl.Phys.Lett.上的工作［21］，该文报道发现了一种具有较强玻璃态形成能力的合金体系：Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5，即为后来大家熟知的Vitreloy 1。文章指出，在该体系下，通过铸造方法可制备直径高达14 mm的棒状非晶合金，其临界冷却速率为10 K/s或以下。此外，美国Johnson教授1999年发表在MRS Bull.的综述文章［22］也备受关注，该文重点就多组分合金的玻璃形成能力，深过冷金属熔体的结晶、相分离、扩散、粘度和传输等进行了阐述，并根据块体非晶合金的一些物理和特殊的力学性能对潜在应用进行了展望。

表2 1991—2007年被引量最高的20篇文献相关信息Tab.2 The Information of 20 Most Cited Papers in 1991-2007

从文献共被引情况（图 3）来看，Inoue和Johnson教授因制备出大块非晶合金并揭示非晶合金的玻璃态形成能力等机理，奠定了其在该领域的大师地位和影响力，引领了该阶段非晶合金材料的研究。经过一段时间的积累，我国的科研院所及其科学家在此领域崭露头角并取得了可喜成绩。中国科学院物理研究所的汪卫华研究员2004年发表在Mat.Sci.Eng.R上的综述文章［23］引起了科学家们的关注。该文系统综述了块状金属玻璃的研究进展，着重讨论了这类材料在高压、低温等极端条件下的行为。文章同时指出，深入理解玻璃形成准则对于新合金系统的设计和加工技术等具有重要意义。

图3 1991—2007年高被引文献共被引网络Fig.3 Co-citation Network of Highly Cited Papers between 1991 and 2007

2.3 2008—2018年（第三发展阶段）

非晶合金的发展自二十世纪六十年代以来，几经起伏，从初期探索到稳步发展，再到发展上升期，非晶合金材料随着多元合金系的不断发现，在科学研究乃至工业应用方面已被广泛关注和认可。据悉，以非晶合金为原料制成的变压器铁芯，其空载损耗与采用硅钢片的传统变压器相比，减少了75%左右，使得非晶合金变压器具有十分显著的节能和环保效果，因此越来越多的生产厂商采用非晶合金作为变压器铁芯材料。目前，Pd基、Pt基、Au基、Mg基、Zr基、La基、Cu基、Nd基、Fe基、Ni基、Ti基，稀土基［23］等大块非晶多元合金系被不断发现，因其具有高强度、高弹性、耐腐蚀性等一系列优异特性而呈现出更为广阔的应用前景。事实上，宏观脆性仍是其主要表现，这在一定程度上限制了其进一步广泛的应用，因此探索非晶态形成能力更强的非晶合金体系以及揭示其断裂机制一度成为研究的重要方向。

在这一阶段中，力学性能、剪切带、变形、玻璃态转变成为大家广泛关注的热点。这表明，科技工作者将深入理解非晶合金的玻璃态形成能力及其断裂机制作为新阶段的重要探索方向。表3给出了2008—2018年被引频次最高的20篇文献。从表中可以看出，Inoue教授2000年关于生产出大块非晶合金的工作［20］和Johnson教授1999年关于多组分合金的玻璃形成能力等方面的研究［22］依然是大家关注的焦点。麻省理工大学材料系主任Schuh2007年发表在Acta Mater.上关于非晶合金力学行为的工作［24］备受关注。该文综述了非晶合金的变形和断裂机理的研究进展，讨论了弹性、塑性流动、局域化、断裂、疲劳等理论建模和实验工作。同时，还介绍了非晶合金-衍生材料，包括原位和原位复合材料、泡沫和纳米晶体增强玻璃的力学性能。

表3 2008—2018年被引量最高的20篇文献相关信息Tab.3 The Information of 20 Most Cited Papers in 2008-2018

我国科学家在该阶段的影响力逐渐提升。中国科学院汪卫华研究员课题组关于大块金属玻璃在高压、低温等极端条件下的行为的综述文章［23］跃居第三位，这说明极端条件下的非晶合金材料的行为引起了科学家的广泛兴趣并得到较大关注。更为关注的是，汪卫华研究员［25］课题组2007年在Science上发表了关于制备出在室温下具有超大压缩塑性的金属玻璃的文章。该文章指出，基于一种模量判据以及通过巧妙的成分设计，制备得到了室温下兼具高强度和超大压缩塑性的Zr-Cu-Ni-Al体系大块金属玻璃，该金属玻璃可以像纯铜、纯铝一样弯曲成一定形状。这是在改善大块金属玻璃室温塑性方面所取得的突破性进展，从而进一步引领出一大批相关的研究工作。

美国哈佛大学Spaepen教授1977年发表在Acta Metall.Mater.上关于金属玻璃中稳态非均匀流动的微观机理的工作［26］，重回科学家的视线并引起了较大关注。该文介绍了金属玻璃的变形图，并对均匀流动和非均匀流动两种变形模式进行了评述。文章指出，稳态非均匀流的微观机制是建立在应力驱动产生与结构无序扩散湮灭之间的自由体积动力学平衡基础之上。美国麻省理工学院Argon教授关于非晶合金的塑性变形机制文章［27］也再次引起大家的关注。该工作提出了金属玻璃在玻璃转变温度下塑性变形的“剪切转变”理论，该理论是基于在外加剪应力作用下，在自由体积区周围启动的两种原子团簇热激活剪切变形模式。在高温下，这种转变是一种扩散重排，在粗糙的球状区域是相对较小的局部剪切应变。在低温下，转变区为窄圆盘形区域，与位错环形核相似。该理论与实验观测结果吻合较好。

英国剑桥大学 Greer教授1995年发表在Science上的文章［28］也引起了大家的再度关注。文章综述了金属玻璃的成分范围、制备方法、热力学性能、结构模型以及应用前景。文章指出，它们的软硬磁性能和力学性能特别令人感兴趣，应注重这类材料的实际应用。

美国霍普金森大学马恩教授［29］2006年发表在Nature上关于非晶合金的短程序及原子密堆结构的文章也引起关注。该文采用实验和计算技术相结合的方法来揭示非晶合金的原子结构。通过分析一系列包含不同化学和原子尺寸比的二元模型系统，阐明了不同类型的短程序以及中程序的本质。

此外，美国Johnson教授课题组关于设计高韧性和拉伸延展性的金属玻璃基复合材料的工作［30］也引起了大家的关注。

从文献共被引的角度出发（图4），除了Inoue和Johnson两位大师之外，麻省理工大学材料系主任Schuh教授、中国科学院物理研究所汪卫华研究员、以及美国哈佛大学Spaepen教授的影响力较大。

图4 2008—2018年高被引文献共被引网络Fig.4 Co-citation Network of Highly Cited Papers between 2008 and 2018

综上可以看出，经过几十年的探索，科学家开始高度关注金属玻璃的力学性能、微观结构及其复合材料的研究工作，这些工作为非晶合金更为广泛的应用奠定了基础。

3 非晶合金材料领域基础研究能力的国际比较

本文对该领域全球最活跃的20个研究机构和国家/地区进行识别，并对5个主要国家在非晶合金领域的基础研究能力进行了横向和纵向比较和分析。

在非晶合金领域，研究最活跃的20个研究机构中（图5），中国科学院的发表论文占比最高，达12.9%；其次是日本东北大学，占比9.3%；美国能源部和法国国家科学中心的论文占比相当，分别为3.6%和3.4%；德国莱布尼茨固体和材料研究所占比为2.7%；俄罗斯科学院、德国亥姆霍兹联合会以及德国综合纳米科技研究所的论文占比相当，约2.2%。在这20个研究机构中，美国和中国的研究机构各5个，分别占25%，这在一定程度上反映了这两个国家在非晶合金领域较为活跃；其次德国研究机构有3个，法国有2个，日本、俄罗斯、波兰、斯洛伐克、匈牙利各有1个。

图5 非晶合金研究论文发文量前20个研究机构Fig.5 Top 20 Institutions of Published Papers about Amorphous Alloys

由图6可以看出，在非晶领域论文发表最多的国家是中国，占全球发表总量的32.9%。这表明中国科学家在非晶合金领域研究较为活跃。美国在这一领域发表的论文仅次于中国，占比16%；日本排在第三位，占比14.9%；德国和法国分别占据第四和第五位。此外，俄罗斯、韩国、印度三个国家发表的文章占比相当，达4%。

图6 非晶合金研究论文发文量前20个国家/地区Fig.6 Top 20 Countries and Regions of Published Papers about Amorphous Alloys

从文章发表量（图1）可以直观地看出，2008年以前，美国和日本两个国家每年发表的论文量与其他国家相比具有一定的竞争优势，并在很长的一段时间内处于领先地位，其次是德国和法国。但2008年以后，美国、日本以及德国，特别是美国和日本，在这一领域发表的研究论文数量逐渐走向衰弱，而中国科学家在该领域的论文发表量呈现出井喷式地增长，一度成为该领域最为活跃的国家。值得关注的是，德国和法国在非晶合金发展的历程中保持着相对稳定的研究热度。这在一定程度上，与各国对基础研究的投入的规模和强度有关。OECD［31］数据显示，美、日、德、法各国在过去的几十年里，十分重视基础研究并给予了长期支持，在2009年金融危机以后对基础研究的投入略有下降，但随后再次恢复增长趋势。随着我国国力的不断增强，特别是2006年实施中长期科技规划以来，我国对基础研究投入总量持续加大，在积极推动我国的基础研究方面发挥了巨大作用。

从各阶段国家间合作网络与平均被引量的比较（图7）可以看出，在非晶薄带和小尺寸非晶合金探索过程中，美国的影响力最大，与其他国家的合作也较为紧密；其次为日本。随着科学家对具有较强玻璃态形成能力的非晶合金体系的不断探索，日本科学家在该领域的贡献和影响力逐渐超过美国，与其他国家的合作也最为活跃。此时中国科学家与德国、日本两国的合作程度逐渐提高，其影响力逐渐凸显并开始超越美国。近十年来，中国一度成为世界上研究非晶合金最具影响力且与其他各国合作程度最为频繁的国家。

图7 国家间合作网络与平均被引量比较Fig.7 The Comparison of Intercountry Cooperation Networks and Average Citations

为进一步了解2009—2018年这十年我国在该领域的发展现状，我们进一步分析了主要国家非晶合金研究活跃水平、影响水平、效率水平以及综合能力水平的发展趋势，并做了纵向比较。

3.1 主要国家非晶合金研究活跃水平的发展趋势和国际比较

本文采用活跃指数（AcI）了分析2009—2018年这十年中国、美国、日本、德国、法国5个国家在非晶合金材料研究领域的活跃程度，结果如图8a所示。从图中可以看出，中国的活跃指数逐年增加，并在2013年首次超过1。这表明，中国在非晶合金研究领域的活跃程度开始超过了世界平均水平，并朝着不断上升的态势发展。日本的活跃指数逐年下降，由最活跃的国家变为5个主要国家中最不活跃的国家。德国、法国和美国的活跃指数一直在全球平均水平上下波动，这表明他们处于稳定的发展态势。

3.2 主要国家非晶合金研究影响力的发展趋势与国际比较

2009—2018年这十年，我国在该领域发表论文的被引次数领先于其他国家（如图8b所示），这表明我国的活跃指数虽然在世界平均水平上下波动，但其在非晶合金领域还是有很强的影响力。为了进一步分析主要国家在该领域基础研究活动相对于世界平均水平的影响力，本文还进一步计算了各国的吸引指数（AtI），如图8c所示。我们发现，中国在非晶领域的吸引指数逐年增长，并在2016年首次达到世界平均水平。美国的吸引指数虽然有所减弱，但也基本保持在世界平均水平。德国和法国的波动较大，但近两年来始终保持在1以上的水平。日本的非晶合金研究主要集中在日本东北大学，日本吸引指数呈现的断崖式下降与日本东北大学在这一领域的研究逐渐衰弱有关。

图8 主要国家在2009—2018年期间非晶合金研究的发展趋势与国际比较Fig.8 The Development Trend and International Comparison of Amorphous Alloys Research in Major Countries form 2009 to 2018

3.3 主要国家非晶合金效率水平的发展趋势与国际比较

在前面已经提到，效率指数（EI）是被分析国家在相关研究领域的吸引指数与活跃指数的值，是考察被分析国家在相关科技研究领域的文献发表量与被引量是否相匹配。由图8d可以看出，美国、日本、中国、德国、法国的基础研究效率指数都处于不断上升的态势，但中国的基础研究效率指数与上述发达国家相比仍然存在一定的差距。

3.4 主要国家非晶合金研究综合能力水平的发展趋势与国际比较

为了从总体上对主要国家在非晶合金领域基础研究综合能力进行比较和分析，本文计算了它们的基础研究综合能力指数（C-CI），如图8e所示。可以看出，中国的综合能力指数呈现出持续增长趋势，并在2015年首次突破1，目前已达到1.37，这表明中国在非晶合金基础研究方面的国际竞争力已经超过了全球的平均水平。日本的综合能力水平呈现出波动式增长态势，虽然在近两年有所下降，但总体来看领先于其他国家。

3.5 主要国家非晶合金研究的活跃程度和影响程度关联分析

本文借鉴 Chen和 Guan［32］，Schu-bert和braun［33］，建立了活跃指数和吸引指数的关联对照图，如图9所示。从图中可以看出，美国、德国在该领域发表的论文具有较大影响力，日本仅在2011年左右影响力较大。2009年，中国在非晶合金领域发表的基础研究文献较少，且被引量不高，因此处于低活跃指数与低吸引指数的第三象限。往后十年，中国无论是在文献发表量还是在文献被引量上都在稳步提升，到2018年已经成为五个国家中唯一一个处于高活跃指数与高被引指数第一象限的国家，与日本逐年下降的情况产生鲜明对比。

图9 主要国家在2009—2018年期间非晶合金研究活跃指数和影响指数发展趋势的关联图Fig.9 The Correlation Diagram of the Development Trend of AcI and AtI of Amorphous Alloys in Major Countries from 2009 to 2018

4 结论与启示

非晶合金及相关急冷技术的发明是金属材料历史上的大事件，非晶合金条带的首次制备，不仅推动了非晶合金材料的发展，还催生了准晶、高熵合金等新材料。通过系统梳理非晶合金基础研究的演化历程可以看出，非晶合金材料经过小尺寸非晶合金体系、块体非晶合金体系以及材料的结构、物理力学性能等几个方面的探索期，已发展成为航空、航天、信息等高新技术和能源等领域的优质新材料。通过引入表征观测期内某国家在相关研究领域的活跃指数、吸引指数、效率指数以及综合能力指数可以看出，中国、美国、日本、德国、法国是当前非晶合金领域最为活跃的国家。我国在该领域的研究总体上处于不断上升的趋势，也正处于从数量到质量提升和发展的关键时期。这些纵向与横向的梳理与对比分析，有助于深刻把握我国非晶合金基础研究的发展阶段与国际地位，为进一步凝练非晶合金材料的关键科学问题，找出涉及其理论和应用研究的突破口，提前谋划布局未来发展提供有价值的参考。

根据上述研究结论，本文指出我国在非晶合金领域的未来发展需要注意以下几点。

1）聚焦关键科学问题，持续开展非晶合金领域的基础研究。从主要国家历年对非晶合金的研究来看，美国、日本等国家在2007年之前领先于中国、德国和法国其他三个主要国家，这与非晶合金材料制备的原始创新源于这两个国家密不可分，其次也与美国和日本历来重视基础研究以及材料科学的发展有着千丝万缕的联系。德国和法国两个国家在该领域的研究一直呈现出稳定发展态势且经常有研究热点被广泛关注，这可能与这两国对于该领域的研究保持着稳定持续的支持有关。非晶合金虽因具有优异的力学性能、独特的物理和化学性能成为了当今新材料领域的研究热点之一，但其玻璃转变机制、变形机制、结构与性能之间的关系还尚未清晰。因此，应持续开展基础研究，为突破其应用瓶颈奠定坚实的理论基础。

2）充分利用新技术和新方法，加大对高性能非晶合金材料的应用开发。我国在非晶合金领域的相对活跃程度、影响程度和综合研究能力近年来取得了显著进步，尤其是2007年以后，中国的相对活跃程度呈现出持续增长态势，2017年一度成为该领域最为活跃的国家。这与近年来我国出台的一系列大力发展材料科学的政策有着密不可分的关系，也得益于中国科学家在这一领域的长期耕耘和诸多创新性工作。新的实验技术和方法的不断发展，也为系统研究其结构与性能之间的关系提供了有力条件。因此，应在前期研究基础上，加大对高性能非晶合金材料的应用研发，以拓宽非晶合金在高技术领域的应用。

3）组织领域科学家开展战略研究，研究制定非晶合金材料发展路线图。当前，中国科学院、日本东北大学、德国莱布尼茨固体和材料研究所、美国田纳西大学等研究机构是非晶合金研究领域的主力军。虽然整体来讲，我国该领域的综合研究能力与发达国家还存在一定的差距，但按目前的发展势态，我国科学家未来有望在该领域做出更多引领性、创新性工作。因此，应组织该领域的优秀科学家开展战略研究，制定该领域的发展路线图，同时结合自身需求进一步深化国际合作，挖掘重点领域合作潜力，为未来抢占该领域的制高点提前谋划。