Væske har struktur, hvilket kan være nøglen til at forstå metallisk glas

Forskere har fundet ud af, at væske har struktur under visse omstændigheder, og at denne struktur i væsentlig grad påvirker den mystiske og komplekse dannelse af metalliske glas.

Formbar som plastik, men stærk som metal, metalliske glas er en relativt ny klasse af materialer fremstillet af komplekse, flerkomponentlegeringer. Deres unikke egenskaber kommer fra, hvordan deres atomer sætter sig i et tilfældigt arrangement, når de afkøles fra en væske til et fast stof. Men at kontrollere denne proces - og fuldt ud udnytte disse materialer - har vist sig vanskelig, da så meget stadig er ukendt om, hvad der sker i afkølingsprocessen.

En ny undersøgelse, udgivet i Naturkommunikation , giver nogle svar.

Forskerne, ledet af Judy Cha, Carol og Douglas Melamed adjunkt i maskinteknik og materialevidenskab, fandt ud af, at metalliske glas i flydende tilstand med jævne mellemrum vil danne krystallinske strukturer - deres frit bevægelige atomer indretter sig i bestemte mønstre. Dette sker ved grænsefladen mellem væsken og det faste stof - dvs. når det smeltede materiale er delvist størknet, den tilstødende væske danner en struktur, der får den faste del til at vokse op til 20 gange hurtigere, end den ellers ville.

"Vi fremhæver dette hul i vores viden, " sagde Cha, som også er medlem af Yale's Energy Sciences Institute på West Campus. "Krystallisationsfeltet er meget modent, men de grundlæggende spørgsmål forbliver åbne."

Til studiet, forskerne brugte transmissionselektronmikroskopi til i realtid at observere krystallisationsprocessen i stænger af metallisk glas i nanoskala. At kunne observere materialet på atomær skala, de fandt ud af, at det metalliske glas ville krystallisere med en hastighed på 15 til 20 atomer i sekundet, hvis væsken dannede en struktur. Når det ikke havde en struktur, hastigheden var omkring tre til fem atomer i sekundet.

Yujun Xie, en ph.d. kandidat i Chas laboratorium og hovedforfatter af papiret, sagde, at næste skridt er at udvide anvendelsen af ​​det, de har lært.

"Hvordan giver vores undersøgelse noget indblik i dannelsen af ​​andre materialer, og hvordan kan vi konstruere andre materialers dannelse og struktur? "sagde han.

Studiets andre forfattere er Sungwoo Sohn, Minglei Wang, Huolin Xin, Mark D. Shattuck, Corey S. O'Hern, og Jan Schroers.